Vācu zinātnieku zinātniskais eksperiments ar nosaukumu GEO600 gravitācijas viļņu meklēšanai, kas notiek jau septiņus gadus, ir novedis pie negaidītiem rezultātiem, raksta žurnāls New Scientist.
Ar speciālas ierīces - interferometra - palīdzību fiziķi plānoja zinātniski apstiprināt vienu no Einšteina relativitātes teorijas secinājumiem.
Saskaņā ar šo teoriju Visumā ir tā sauktie gravitācijas viļņi - gravitācijas lauka perturbācijas, telpas-laika auduma “ripples”.
Progresējot ar gaismas ātrumu, gravitācijas viļņi, iespējams, rada lielu astronomisku priekšmetu nevienmērīgu masu kustību: melno caurumu veidošanos vai sadursmes, supernovas sprādzienus utt.
Zinātne gravitācijas viļņu neievērojamību izskaidro ar to, ka gravitācijas efekti ir vājāki nekā elektromagnētiskie. Zinātnieki, kuri sāka savu eksperimentu jau 2002. gadā, paredzēja atklāt šos gravitācijas viļņus, kas vēlāk varētu kļūt par vērtīgas informācijas avotu par tā saukto tumšo vielu, no kuras pamatā ir mūsu Visums.
Līdz šim GEO600 nav spējis noteikt gravitācijas viļņus, tomēr acīmredzot zinātniekiem ar ierīces palīdzību izdevās veikt lielāko atklājumu fizikas jomā pēdējā pusgadsimta laikā.
Daudzus mēnešus eksperti nespēja izskaidrot savādo trokšņu raksturu, kas traucē interferometra darbībai, līdz pēkšņi paskaidrojumu piedāvāja fiziķis no Fermilab zinātnes laboratorijas.
Saskaņā ar Kreiga Hogana hipotēzi, GEO600 aparāts sadūrās ar telpas-laika kontinuitātes galveno robežu - punktu, kurā kosmosa laiks pārstāj būt kā nepārtraukts Einšteina aprakstītais kontinuums un sadalās “graudos”, it kā vairākas reizes palielināta fotogrāfija pārvēršas par atsevišķu punktu kopu. …
Reklāmas video:
"Izskatās, ka GEO600 paklupa kosmosa laika mikroskopiskās kvantu svārstībās," ieteica Hogans.
Ja šī informācija jums nešķiet pietiekami sensacionāla, klausieties tālāk: "Ja GEO600 paklupt uz to, ko es pieņemu, tas nozīmē, ka mēs dzīvojam milzu kosmosa hologrammā."
Pati ideja, ka mēs dzīvojam hologrammā, var šķist smieklīga un absurda, taču tas ir tikai loģisks turpinājums mūsu izpratnei par melno caurumu raksturu, balstoties uz pilnīgi pierādāmu teorētisko bāzi.
Savādi, ka "hologrammas teorija" ievērojami palīdzētu fiziķiem beidzot izskaidrot, kā Visums darbojas pamatlīmenī.
Mums pazīstamās hologrammas (kā, piemēram, kredītkartēs) tiek uzklātas uz divdimensiju virsmu, kas sāk parādīties trīsdimensiju, kad gaismas stari tai nonāk noteiktā leņķī.
Deviņdesmitajos gados Nobela prēmijas laureāts fizikā Gerardt Huft no Utrehtas universitātes (Nīderlande) un Leonard Susskind no Stenfordas universitātes (ASV) ierosināja, ka līdzīgu principu varētu attiecināt uz Visumu kopumā. Pati mūsu ikdienas eksistence var būt fizikālu procesu hologrāfiska projekcija, kas notiek divdimensiju telpā.
Ir ļoti grūti ticēt Visuma struktūras "hologrāfiskajam principam": ir grūti iedomāties, ka jūs mosties, tīrāt zobus, lasāt avīzes vai skatāties televizoru tikai tāpēc, ka vairāki milzu kosmosa objekti kaut kur uz Visuma robežām saduras viens ar otru.
Pagaidām neviens nezina, ko mums nozīmēs “dzīve hologrammā”, taču teorētiskajiem fiziķiem ir daudz iemeslu uzskatīt, ka daži Visuma darbības hologrāfisko principu aspekti ir realitāte.
Zinātnieku secinājumi ir balstīti uz melno caurumu īpašību fundamentālu pētījumu, kuru kopā ar Rodžeru Penrozi veica slavenais teorētiskais fiziķis Stīvens Hokings.
70. gadu vidū zinātnieks izpētīja pamatlikumus, kas regulē Visumu, un parādīja, ka no Einšteina relativitātes teorijas seko telpas laiks, kas sākas Lielajā sprādzienā un beidzas ar melnajiem caurumiem.
Šie rezultāti norāda uz nepieciešamību apvienot relativitātes teorijas pētījumu ar kvantu teoriju. Viena no šīs kombinācijas sekām ir apgalvojums, ka melnie caurumi patiesībā nav pilnīgi “melni”: patiesībā tie izstaro starojumu, kas noved pie to pakāpeniskas iztvaikošanas un pilnīgas izzušanas.
Tādējādi rodas paradokss, ko sauc par “melno caurumu informācijas paradoksu”: izveidotais melnais caurums zaudē savu masu, izstarojot enerģiju. Kad melnais caurums pazūd, tiek zaudēta visa informācija, ko tas absorbējis. Tomēr saskaņā ar kvantu fizikas likumiem informāciju nevar pilnībā zaudēt.
Hokinga pretarguments: līdz šim nav saprotams melno caurumu gravitācijas lauku intensitāte, kas atbilst kvantu fizikas likumiem. Hokinga kolēģis, fiziķis Bekenšteins, ir izvirzījis svarīgu hipotēzi, kas palīdz atrisināt šo paradoksu.
Viņš izvirzīja hipotēzi, ka melnajam caurumam ir entropija, kas ir proporcionāla tā nosacītā rādiusa virsmas laukumam. Šī ir sava veida teorētiskā joma, kas maskē melno caurumu un iezīmē punktu, kurā matērija vai gaisma neatgriežas. Teorētiskie fiziķi ir pierādījuši, ka melnā cauruma nosacītā rādiusa mikroskopiskās kvantu svārstības var kodēt informāciju, kas atrodas melnā cauruma iekšpusē, tāpēc netiek zaudēta informācija, kas melnajā caurumā atrodas tā iztvaikošanas un pazušanas brīdī.
Tādējādi var pieņemt, ka trīsdimensiju informāciju par oriģinālo vielu var pilnībā iekodēt melnā cauruma divdimensiju rādiusā, kas izveidojies pēc tā nāves, aptuveni tā, kā trīsdimensiju objekta attēls tiek kodēts, izmantojot divdimensiju hologrammu.
Zuskinds un Hufs devās vēl tālāk, piemērojot šo teoriju Visuma uzbūvei, balstoties uz faktu, ka kosmosam ir arī nosacīts rādiuss - robežplakne, aiz kuras gaisma vēl nav spējusi iekļūt 13,7 miljardu gadu Visuma pastāvēšanas laikā.
Turklāt Huans Maldacena, teorētiskais fiziķis no Prinstonas universitātes, spēja pierādīt, ka hipotētiskā piecu dimensiju Visumā darbosies tādi paši fizikālie likumi kā četrdimensiju telpā.
Saskaņā ar Hogana teoriju hologrāfiskais Visuma eksistences princips radikāli maina mūsu pazīstamo telpas-laika ainu. Ilgu laiku teorētiskie fiziķi uzskatīja, ka kvantu efekti var izraisīt kosmosa laika haotisku pulsāciju niecīgā mērogā.
Šajā pulsācijas līmenī telpas-laika kontinuuma audi kļūst "graudaini" un it kā ir izgatavoti no mazākajām daļiņām, līdzīgām pikseļiem, tikai simtiem miljardu miljardu reižu mazāku par protonu. Šis garuma mērs ir pazīstams kā "Planck garums" un apzīmē skaitli 10-35 m.
Pašlaik fiziskie pamatlikumi ir empīriski pārbaudīti līdz attālumam 10-17, un Planka garums tika uzskatīts par nesasniedzamu, līdz Hogans saprata, ka hologrāfiskais princips maina visu.
Ja telpas-laika kontinuums ir graudaina hologramma, tad Visumu var attēlot kā sfēru, kuras ārējā virsma ir pārklāta ar vismazākajām 10-35 m garajām virsmām, no kurām katra nes zināmu informācijas daļu.
Hologrāfiskais princips saka, ka informācijas daudzumam, kas aptver sfēras-Visuma ārējo daļu, jāatbilst informācijas bitu skaitam, kas atrodas tilpuma Visumā.
Tā kā sfēriskā visuma tilpums ir daudz lielāks nekā visa tā ārējā virsma, rodas jautājums, kā ir iespējams ievērot šo principu? Hogans ierosināja, ka informācijas bitiem, kas veido Visuma "interjeru", vajadzētu būt lielākiem par Planka garumu. “Citiem vārdiem sakot, hologrāfiskais Visums ir kā izplūdušais attēls,” saka Hogans.
Tiem, kas meklē vismazākās telpas laika daļiņas, šīs ir labas ziņas. "Pretēji izplatītajām cerībām mikroskopiskā kvantu struktūra ir viegli pieejama pētījumiem," sacīja Hogans.
Kaut arī daļiņas, kuru izmēri ir vienādi ar Planka garumu, nevar noteikt, šo "graudu" hologrāfiskā projekcija ir aptuveni 10-16 m. Kad zinātnieks izdarīja visus šos secinājumus, viņš prātoja, vai ir iespējams eksperimentāli noteikt šo hologrāfisko telpas izplūšanu. laiks. Un tad GEO600 nāca uz glābšanu.
Tādas ierīces kā GEO600, kas spēj noteikt gravitācijas viļņus, darbojas pēc šāda principa: ja gravitācijas vilnis šķērso to, tas izstiepj vietu vienā virzienā un saspiež to otrā.
Lai izmērītu viļņu formu, zinātnieki novirza lāzera staru caur īpašu spoguli, ko sauc par staru sadalītāju. Tas sadala lāzera staru divās starās, kas iziet cauri 600 metru perpendikulārajiem stieņiem un atgriežas atpakaļ.
Sijas, kas atgriežas, atkal apvienojas vienā un rada gaismas un tumšo zonu traucējumus, kur gaismas viļņi vai nu pazūd, vai pastiprina viens otru. Jebkuras izmaiņas šo sekciju pozīcijā norāda, ka ir mainījies joslu relatīvais garums. Eksperimentāli var noteikt garuma izmaiņas, kas ir mazākas par protona diametru.
Ja GEO600 patiešām atklātu hologrāfisku troksni no telpas laika kvantu vibrācijām, tas būtu abpusēji vērsts zobens pētniekiem: no vienas puses, troksnis traucētu viņu mēģinājumiem "noķert" gravitācijas viļņus.
No otras puses, tas varētu nozīmēt, ka pētnieki spēja izdarīt daudz fundamentālāku atklājumu, nekā sākotnēji domāja. Tomēr pastāv zināma likteņa ironija: ierīce, kas paredzēta, lai uztvertu viļņus, kas ir lielāko astronomisko objektu mijiedarbības sekas, atrada kaut ko tik mikroskopisku kā telpas-laika "graudi".
Jo ilgāk zinātnieki nevar atšķetināt hologrāfiskā trokšņa noslēpumu, jo asāks kļūst jautājums par turpmāku pētījumu veikšanu šajā virzienā. Viena no izpētes iespējām var būt tā dēvētā atomu interferometra dizains, kura darbības princips ir līdzīgs GEO600 modelim, taču lāzera stara vietā tiks izmantota zemas temperatūras atomu plūsma.
Ko hologrāfiskā trokšņa atklāšana nozīmēs cilvēcei? Hogans ir pārliecināts, ka cilvēce ir viena soļa attālumā no laika kvantitātes noteikšanas. "Šis ir mazākais iespējamais laika intervāls: Planka garums dalīts ar gaismas ātrumu," saka zinātnieks.
Tomēr visvairāk no visiem iespējamiem atklājumiem palīdzēs pētniekiem, kuri mēģina apvienot kvantu mehāniku un Einšteina gravitācijas teoriju. Vispopulārākā zinātniskajā pasaulē ir stīgu teorija, kas, pēc zinātnieku domām, fundamentālā līmenī palīdzēs aprakstīt visu, kas notiek Visumā.
Hogans piekrīt, ka, ja tiek pierādīti hologrāfiskie principi, turpmāk neviena pieeja kvantu gravitācijas izpētei netiks uzskatīta ārpus hologrāfisko principu konteksta. Gluži pretēji, tas būs stimuls stīgu teorijas un matricas teorijas pierādījumiem.
"Varbūt mums ir pirmie pierādījumi tam, kā kosmosa laiks izriet no kvantu teorijas mūsu rokās," atzīmēja zinātnieks.