Paul Sutter adalah ahli astrofizik di Ohio State University dan Ketua Saintis di Pusat Sains COSI. Sutter juga merupakan pengarah urusan Ask the Spaceman and Space Radio dan mengetuai AstroTours di seluruh dunia. Saintis itu menyampaikan artikel menarik dalam majalah Expert Voices.
Pada akhir 1990-an, ahli fizik teori menemui hubungan yang luar biasa antara dua konsep yang nampaknya tidak berkaitan dalam sains mereka. Sambungan ini hampir tidak dapat difahami secara teknikal, tetapi ia dapat memberi implikasi yang luas untuk pemahaman kita tentang graviti dan bahkan alam semesta. Untuk menggambarkan hubungan ini, mari kita mulakan dengan lubang hitam.
Pengaruh lubang hitam terhadap aliran maklumat
Para penyelidik mendapati bahawa apabila sedikit maklumat menyentuh lubang hitam, luas permukaannya meningkat dengan jumlah yang sangat tepat: segi empat sama panjang Planck, sama dengan 1,6 x 10-35 m yang sangat kecil.
Pada mulanya, mungkin tidak begitu menarik bahawa lubang hitam menjadi lebih besar apabila jirim atau tenaga memasukinya, tetapi yang paling mengejutkan ialah luas permukaan, bukan isipadu, tumbuh secara langsung dengan maklumat yang boleh dipercayai. Ini sama sekali tidak seperti kebanyakan objek lain yang diketahui di alam semesta.
Video promosi:
Adakah kita tinggal di ruang tiga dimensi?
Bagi kebanyakan objek yang biasa kita ketahui, ada satu undang-undang: jika ia "memakan" sedikit maklumat, isipadu akan bertambah satu, dan luas permukaannya hanya akan tumbuh sebilangan kecil. Tetapi dengan lubang hitam, keadaan berubah secara mendadak. Seolah-olah maklumat tidak berada di dalam lubang hitam, tetapi melekat pada permukaannya.
Oleh itu, lubang hitam adalah objek tiga dimensi sepenuhnya di alam semesta tiga dimensi kita dan dapat diwakili sepenuhnya oleh permukaan dua dimensi.
Bagaimana hologram berfungsi?
Hologram adalah sistem yang menggunakan dimensi yang lebih sedikit. Ia dapat mengemas semua maklumat dari sistem asal.
Sebagai contoh, kita hidup dalam tiga dimensi ruang. Apabila anda berpose di depan kamera, ia merakam gambar dua dimensi wajah anda, tetapi tidak menangkap semua maklumat. Apabila anda kemudian memeriksa kerja anda dan menggunakan penapis, misalnya, anda tidak dapat melihat bahagian belakang kepala anda, tidak kira bagaimana anda memutar gambar. Tetapi rakaman hologram akan menyimpan semua maklumat ini. Walaupun ini adalah paparan 2D, anda masih dapat menjelajahnya dari semua sudut 3D.
Lubang hitam sebagai hologram
Menggambarkan lubang hitam sebagai hologram dapat memberikan penyelesaian kepada apa yang disebut paradoks maklumat lubang hitam, misteri di mana maklumat dilahirkan ketika bahan dimakan oleh lubang hitam. Tetapi itulah topik untuk artikel lain. Konsep "lubang hitam sebagai hologram" juga merupakan contoh yang baik untuk diingat ketika cuba melihat seluruh alam semesta.
Menyelesaikan masalah peribadi
Hubungan antara cabang-cabang fisika yang nampaknya tidak berkaitan yang disebutkan pada awal artikel ini adalah satu lagi aplikasi teknik holografik yang berasal dari model AdS-CFT yang luar biasa.
AdS bermaksud Anti-De Sitter. Model ini mewakili penyelesaian khusus untuk teori relativiti umum Einstein. Ia menggambarkan alam semesta yang benar-benar kosong dengan kelengkungan spasial negatif.
Alam semesta yang agak membosankan: ia tidak mengandungi jirim atau tenaga, dan garis selari akhirnya menyimpang berdasarkan kedudukan geometri yang mendasari. Walaupun proses ini mungkin tidak menggambarkan alam semesta, ini sekurang-kurangnya menunjukkan bahawa kehidupan di bumi mempunyai permulaan. Model alam semesta yang agak santai ini mempunyai sifat matematik yang diperlukan untuk menjadikan teori majmuk relevan.
Teori bidang
Sisi lain dari korespondensi adalah struktur yang disebut teori bidang konformal. Fizik teori menolak dengan teori bidangnya. Ini adalah tuas yang digunakan oleh saintis untuk membuat pelbagai teori kuantum yang digunakan untuk menggambarkan tiga dari empat kekuatan alam.
Elektromagnetisme, kekuatan nuklear yang kuat dan kekuatan nuklear yang lemah dapat digambarkan melalui teori lapangan, dan selama setengah abad yang lalu, manusia sering mempraktikkan penggunaannya.
Perlu difahami mengapa hubungan ini sangat penting. Katakan anda cuba menyelesaikan masalah yang sangat sukar seperti graviti kuantum menggunakan teori rentetan, yang merupakan usaha untuk menerangkan semua kekuatan dan zarah asas di alam semesta dari segi rentetan getaran kecil. Sebenarnya, ini adalah masalah yang rumit sehingga tidak ada yang menemukan jalan keluarnya walaupun sudah puluhan tahun berusaha.
Surat-menyurat AdS-CFT memberitahu bahawa teknik holografik dapat digunakan untuk menghilangkan dunia dari sakit kepala ini.
Daripada berusaha menyelesaikan masalah graviti kuantum di alam semesta tiga dimensi kita, AdS-CFT membolehkan kita beralih ke masalah yang setara di pinggir alam semesta, yang diwakili oleh hanya dua dimensi dan tidak mengandungi graviti.
Persamaan teori medan
Kalkulus matematik teori rentak yang hampir mustahil digantikan dengan satu set persamaan teori bidang yang sukar sekali. Ini membolehkan anda mencari jalan keluar untuk masalah tanpa graviti, yang menghalang anda daripada memindahkan penyelesaiannya kembali ke alam semesta tiga dimensi biasa dan membuat ramalan. Semuanya kelihatan seperti idea hebat dan cara untuk menipu alam dengan memintas mekanisme graviti. Dan itu boleh menjadi kaedah cemerlang untuk "menyelesaikan" graviti kuantum.
Percanggahan yang ada
Tetapi pada masa ini terdapat beberapa percanggahan. Pertama, kita tidak tinggal di alam semesta anti-de Sitter. Alam Semesta kita penuh dengan jirim, sinaran dan tenaga gelap dan mempunyai geometri hampir sama rata.
Adakah terdapat korespondensi serupa yang berlaku di alam semesta kita yang sebenarnya? Mungkin ahli teori berusaha keras untuk mencari "sempadan" yang diambil untuk korespondensi AdCa-CFT ke cakrawala kosmologi - had dari apa yang dapat kita lihat di Alam Semesta kita yang dapat dilihat.
Semuanya akan dapat dimengerti, kecuali saat ini kita hidup dalam ruang-waktu yang dinamis dengan ruang yang terus berkembang, dan sempadan ini terus berubah. Kedudukan ini tidak dijelaskan dengan baik dalam teori moden.
Sesungguhnya, ketika kita beralih dari model yang dijelaskan oleh astrofisikawan Sitter ke model sempadan yang lebih sederhana menggunakan teori medan konformal, sistem persamaan baru pada dasarnya dapat diselesaikan.
Mereka masih ada, tetapi mereka sering kelihatan hebat, bencana, menakutkan, dan tidak larut.
Jadi adakah hologram wujud?
Walaupun pautan AdS-CFT ternyata berguna untuk menyelesaikan masalah graviti kuantum dan ahli fizik dapat mencari jalan untuk menavigasi masalah dan menjadikan kaedah ini relevan dengan alam semesta yang kita tinggali, ini tidak bermaksud bahawa kita sebenarnya hidup dalam hologram.
Adalah suatu kesalahan untuk berfikir bahawa model AdS-CFT adalah cara yang mudah untuk menyelesaikan masalah graviti alam semesta kita dengan graviti dalam tiga dimensi.
Ini semua adalah ilusi, dan kita benar-benar tinggal di ruang dua dimensi tanpa graviti. Alat matematik semudah ini tidak mengubah pandangan kita mengenai hakikat hakikat asas.
Sekiranya prinsip holografik berguna untuk menyelesaikan masalah, ini tidak bermakna kita hidup dalam hologram. Walaupun kita benar-benar hidup dalam hologram, kita tidak akan dapat membezakannya.
Maya Muzashvili
