Satu eksperimen saintifik oleh saintis Jerman yang disebut GEO600 untuk mencari gelombang graviti, yang telah berlangsung selama tujuh tahun, telah menghasilkan hasil yang tidak dijangka, menurut jurnal New Scientist.
Dengan bantuan alat khas - interferometer - ahli fizik akan mengesahkan secara saintifik salah satu kesimpulan teori relativiti Einstein.
Menurut teori ini, ada gelombang gravitasi yang disebut di Alam Semesta - gangguan medan graviti, "riak" dari struktur ruang-waktu.
Menyebarkan pada kelajuan cahaya, gelombang graviti mungkin menghasilkan gerakan massa yang tidak rata dari objek astronomi besar: pembentukan atau perlanggaran lubang hitam, letupan supernova, dll.
Sains menerangkan gelombang graviti yang tidak dapat dilihat oleh fakta bahawa kesan graviti lebih lemah daripada gelombang elektromagnetik. Para saintis, yang memulakan eksperimen mereka pada tahun 2002, diharapkan dapat mengesan gelombang graviti ini, yang kemudian dapat menjadi sumber maklumat berharga mengenai apa yang disebut materi gelap, yang pada dasarnya terdiri dari Alam Semesta kita.
Sehingga kini, GEO600 belum dapat mengesan gelombang graviti, namun, nampaknya, para saintis dengan bantuan peranti berjaya membuat penemuan terbesar dalam bidang fizik pada setengah abad yang lalu.
Selama berbulan-bulan, para pakar tidak dapat menjelaskan sifat suara aneh yang mengganggu operasi interferometer, sehingga tiba-tiba penjelasan ditawarkan oleh seorang ahli fizik dari makmal sains Fermilab.
Menurut hipotesis Craig Hogan, alat GEO600 bertembung dengan batas asas kontinum ruang-waktu - titik di mana ruang-waktu berhenti menjadi kontinum berterusan yang dijelaskan oleh Einstein, dan hancur menjadi "butir", seolah-olah sebuah foto yang diperbesar beberapa kali berubah menjadi sekumpulan titik terpisah …
Video promosi:
"Sepertinya GEO600 tersandung pada fluktuasi kuantum mikroskopik pada masa-masa," Hogan mencadangkan.
Sekiranya maklumat ini tidak cukup sensasional bagi anda, dengarkan lebih jauh: "Sekiranya GEO600 tersandung pada apa yang saya anggap, ini bermaksud bahawa kita hidup dalam hologram ruang gergasi."
Idea bahawa kita hidup dalam hologram mungkin kelihatan tidak masuk akal dan tidak masuk akal, tetapi ini hanyalah kesinambungan logik pemahaman kita tentang sifat lubang hitam, berdasarkan asas teori yang dapat dibuktikan sepenuhnya.
Anehnya, "teori hologram" dengan ketara akan membantu ahli fizik akhirnya menjelaskan bagaimana alam semesta berfungsi pada tahap asas.
Hologram yang biasa kita ketahui (seperti, misalnya, pada kad kredit) digunakan pada permukaan dua dimensi, yang mulai muncul tiga dimensi apabila sinar cahaya memukulnya pada sudut tertentu.
Pada tahun 1990-an, pemenang Hadiah Nobel dalam bidang fizik Gerardt Huft dari University of Utrecht (Belanda) dan Leonard Susskind dari Stanford University (AS) mencadangkan bahawa prinsip serupa dapat diterapkan ke alam semesta secara keseluruhan. Kewujudan harian kita sendiri boleh menjadi unjuran holografik proses fizikal yang berlaku di ruang dua dimensi.
Sangat sukar untuk mempercayai "prinsip holografik" struktur Alam Semesta: sukar untuk membayangkan bahawa anda bangun, menggosok gigi, membaca surat khabar atau menonton TV hanya kerana beberapa objek ruang gergasi bertembung satu sama lain di suatu tempat di sempadan Alam Semesta.
Belum ada yang tahu apa erti "hidup dalam hologram" bagi kita, tetapi ahli fizik teori mempunyai banyak alasan untuk mempercayai bahawa aspek-aspek tertentu dari prinsip holografik fungsi Alam Semesta adalah kenyataan.
Kesimpulan para saintis berdasarkan kajian asas mengenai sifat-sifat lubang hitam, yang dilakukan oleh ahli fizik teori terkenal Stephen Hawking bersama dengan Roger Penrose.
Pada pertengahan 1970-an, saintis itu mengkaji undang-undang asas yang mengatur alam semesta dan menunjukkan bahawa dari teori relativiti Einstein mengikuti waktu-waktu yang bermula di Big Bang dan berakhir dengan lubang hitam.
Hasil ini menunjukkan perlunya menggabungkan kajian teori relativiti dengan teori kuantum. Salah satu akibat gabungan ini adalah penegasan bahawa lubang hitam sebenarnya tidak sepenuhnya "hitam": sebenarnya, ia memancarkan sinaran yang membawa kepada penyejatan secara beransur-ansur dan hilang sepenuhnya.
Oleh itu, timbul paradoks, yang disebut "paradoks maklumat lubang hitam": lubang hitam yang terbentuk kehilangan jisimnya, memancarkan tenaga. Apabila lubang hitam hilang, semua maklumat yang diserapnya hilang. Namun, menurut undang-undang fizik kuantum, maklumat tidak dapat hilang sepenuhnya.
Argumen balas Hawking: intensiti medan graviti lubang hitam tidak dapat difahami sejauh ini sesuai dengan hukum fizik kuantum. Rakan sekerja Hawking, ahli fizik Bekenstein, telah mengemukakan hipotesis penting yang membantu menyelesaikan masalah paradoks ini.
Dia berhipotesis bahawa lubang hitam mempunyai entropi sebanding dengan luas permukaan radius bersyaratnya. Ini adalah sejenis kawasan teori yang menutupi lubang hitam dan menandakan titik tiada kembalinya jirim atau cahaya. Ahli fizik teori telah membuktikan bahawa fluktuasi kuantum mikroskopik radius bersyarat dari lubang hitam dapat menyandikan maklumat yang berada di dalam lubang hitam, sehingga tidak ada kehilangan maklumat yang ada di dalam lubang hitam pada saat penyejatan dan penghilangannya.
Oleh itu, dapat diasumsikan bahawa maklumat tiga dimensi mengenai bahan asalnya dapat dikodkan sepenuhnya ke dalam radius dua dimensi lubang hitam yang terbentuk setelah kematiannya, kira-kira sebagai gambar tiga dimensi suatu objek dikodkan menggunakan hologram dua dimensi.
Zuskind dan Huft melangkah lebih jauh lagi, menerapkan teori ini pada struktur Alam Semesta, berdasarkan fakta bahawa ruang juga mempunyai radius bersyarat - satah batas, di mana cahaya belum dapat menembus dalam 13.7 bilion tahun keberadaan Alam Semesta.
Lebih-lebih lagi, Juan Maldacena, seorang ahli fizik teori dari Princeton University, dapat membuktikan bahawa undang-undang fizikal yang sama akan beroperasi di alam semesta lima dimensi hipotesis seperti di ruang empat dimensi.
Menurut teori Hogan, prinsip holografik tentang keberadaan Alam Semesta secara radikal mengubah gambaran kita tentang ruang-waktu. Untuk masa yang lama, ahli fizik teori percaya bahawa kesan kuantum dapat menyebabkan ruang-waktu berdenyut secara kacau pada skala kecil.
Pada tahap denyutan ini, tisu kontinum ruang-waktu menjadi "kasar" dan seolah-olah terbuat dari zarah terkecil, serupa dengan piksel, hanya beratus-ratus bilion kali lebih kecil daripada proton. Ukuran panjang ini dikenali sebagai "panjang Planck" dan mewakili ukuran 10-35 m.
Pada masa ini, undang-undang fizikal asas telah diuji secara empirik hingga jarak 10-17, dan panjang Planck dianggap tidak dapat dicapai sehingga Hogan menyedari bahawa prinsip holografik mengubah segalanya.
Sekiranya kontinum ruang-waktu adalah hologram kasar, maka Alam Semesta dapat diwakili sebagai sfera, permukaan luarnya ditutup dengan permukaan terkecil sepanjang 10-35 m, yang masing-masing membawa sebilangan maklumat.
Prinsip holografik mengatakan bahawa jumlah maklumat yang merangkumi bahagian luar sfera-Alam Semesta mesti sepadan dengan bilangan bit maklumat yang terdapat di dalam Alam Semesta volumetrik.
Oleh kerana isipadu alam semesta sfera jauh lebih besar daripada seluruh permukaan luarnya, timbul persoalan, bagaimana mungkin untuk mematuhi prinsip ini? Hogan mencadangkan bahawa potongan maklumat yang membentuk "dalaman" alam semesta harus lebih besar daripada panjang Planck. "Dengan kata lain, alam semesta holografik seperti gambar kabur," kata Hogan.
Bagi mereka yang mencari zarah ruang-ruang terkecil, ini adalah berita baik. "Bertentangan dengan jangkaan popular, struktur kuantum mikroskopik tersedia untuk belajar," kata Hogan.
Walaupun zarah dengan dimensi sama dengan panjang Planck tidak dapat dikesan, unjuran holografik "butir" ini kira-kira 10-16 m. Ketika saintis membuat semua kesimpulan ini, dia bertanya-tanya apakah mungkin untuk secara eksperimental menentukan kekaburan holografi ruang ini. masa. Dan kemudian GEO600 datang untuk menyelamatkan.
Peranti seperti GEO600, yang dapat mengesan gelombang graviti, beroperasi berdasarkan prinsip berikut: jika gelombang graviti melaluinya, ia akan meregangkan ruang dalam satu arah dan memampatkannya ke arah yang lain.
Untuk mengukur bentuk gelombang, para saintis mengarahkan sinar laser melalui cermin khas yang disebut pemecah rasuk. Ia membelah sinar laser menjadi dua rasuk, yang melewati batang tegak lurus sepanjang 600 meter dan kembali ke belakang.
Balok yang dipulangkan kembali bergabung menjadi satu dan membuat corak gangguan kawasan terang dan gelap, di mana gelombang cahaya sama ada hilang atau saling menguatkan. Sebarang perubahan pada kedudukan bahagian ini menunjukkan bahawa panjang bilah relatif telah berubah. Perubahan panjang yang lebih kecil daripada diameter proton dapat dikesan secara eksperimen.
Sekiranya GEO600 benar-benar mengesan bunyi holografik dari turun naik kuantum dalam ruang-waktu, ia akan menjadi pedang bermata bagi para penyelidik: di satu pihak, bunyi itu akan mengganggu percubaan mereka untuk "menangkap" gelombang graviti.
Sebaliknya, ini dapat bermaksud bahawa para penyelidik dapat membuat penemuan yang jauh lebih mendasar daripada yang difikirkan pada asalnya. Namun, ada ironi nasib: alat yang dirancang untuk menangkap gelombang yang merupakan akibat interaksi objek astronomi terbesar, menemui sesuatu yang mikroskopik seperti "butir" ruang-waktu.
Semakin lama para saintis tidak dapat mengungkap misteri kebisingan holografik, semakin serius persoalan untuk melakukan penyelidikan lebih jauh ke arah ini. Salah satu kemungkinan untuk penyelidikan adalah reka bentuk interferometer atom yang disebut, prinsip operasi yang serupa dengan GEO600, tetapi bukannya sinar laser, aliran atom suhu rendah akan digunakan.
Apakah maksud penemuan bunyi holografik bagi manusia? Hogan yakin bahawa manusia selangkah lagi untuk mengesan kuantum masa. "Ini adalah selang waktu terkecil: panjang Planck dibahagi dengan kelajuan cahaya," kata saintis itu.
Walau bagaimanapun, kebanyakan penemuan yang mungkin akan membantu penyelidik berusaha menggabungkan mekanik kuantum dan teori graviti Einstein. Yang paling popular di dunia saintifik adalah teori tali, yang, menurut para saintis, akan membantu menggambarkan semua yang berlaku di alam semesta pada tahap asas.
Hogan bersetuju bahawa jika prinsip holografik terbukti, maka tidak ada pendekatan untuk kajian gravitasi kuantum yang akan dipertimbangkan di luar konteks prinsip holografik. Sebaliknya, ia akan menjadi dorongan untuk bukti teori rentetan dan teori matriks.
"Mungkin kita mempunyai bukti pertama tentang bagaimana ruang-waktu mengikuti teori kuantum di tangan kita," kata saintis itu.
