Žurnalas „New Scientist“teigia, kad septynerius metus vykdomas mokslinis vokiečių mokslininkų eksperimentas pavadinimu GEO600 gravitacinių bangų paieškai atnešė netikėtų rezultatų.
Pasitelkę specialų prietaisą - interferometrą - fizikai ketino moksliškai patvirtinti vieną iš Einšteino reliatyvumo teorijos išvadų.
- „Salik.biz“
Remiantis šia teorija, Visatoje egzistuoja vadinamosios gravitacinės bangos - gravitacinio lauko perturbacijos, erdvės-laiko audinio „bangos“.
Spėjama, kad sklindant šviesos greičiui, gravitacinės bangos generuoja nelygius didelių astronominių objektų masinius judesius: juodųjų skylių susidarymą ar susidūrimus, supernovų sprogimus ir kt.
Mokslas gravitacinių bangų nepastebimumą paaiškina tuo, kad gravitaciniai efektai yra silpnesni nei elektromagnetiniai. Mokslininkai, pradėję savo eksperimentą dar 2002 m., Tikėjosi aptikti šias gravitacines bangas, kurios vėliau gali tapti vertingos informacijos apie vadinamąją tamsiąją medžiagą, kurią iš esmės sudaro mūsų Visata, šaltiniu.
Iki šiol GEO600 nepavyko aptikti gravitacinių bangų, tačiau, matyt, mokslininkams šio prietaiso pagalba pavyko padaryti didžiausią atradimą fizikos srityje per pastarąjį pusmetį.
Daugybę mėnesių ekspertai negalėjo paaiškinti keisto triukšmo, trukdančio veikti interferometru, prigimties, kol staiga paaiškinimą pasiūlė fizikas iš Fermilab mokslo laboratorijos.
Remiantis Craigo Hogano hipoteze, GEO600 aparatas susidūrė su pagrindine erdvės-laiko kontinuumo riba - tašku, kuriame erdvės laikas nustoja būti ištisiniu Einšteino aprašomu kontinuumu ir suyra į „grūdus“, tarsi kelis kartus padidinta nuotrauka virsta atskirų taškų grupe. …
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Panašu, kad GEO600 užklupo mikroskopinius erdvės laiko kvantinius svyravimus“, - pasiūlė Hoganas.
Jei ši informacija jums neatrodo pakankamai sensacinga, klausykite toliau: „Jei GEO600 suklupo ant to, ką aš manau, tai reiškia, kad mes gyvename milžiniškoje kosmoso hologramoje“.
Pati mintis, kad gyvename hologramoje, gali pasirodyti juokinga ir absurdiška, tačiau tai tik logiškas mūsų supratimo apie juodųjų skylių prigimtį tęsinys, pagrįstas visiškai įrodytu teoriniu pagrindu.
Kaip bebūtų keista, „hologramos teorija“reikšmingai padėtų fizikams pagaliau paaiškinti, kaip Visata veikia pagrindiniame lygmenyje.
Mums pažįstamos hologramos (kaip, pavyzdžiui, kreditinėse kortelėse) dedamos į dvimatį paviršių, kuris pradeda atrodyti trimatis, kai tam tikru kampu į jį patenka šviesos spindulys.
Dešimtajame dešimtmetyje Nobelio fizikos premijos laureatas Gerardtas Huftas iš Utrechto universiteto (Nyderlandai) ir Leonardas Susskindas iš Stanfordo universiteto (JAV) pasiūlė, kad panašus principas galėtų būti taikomas visai visatai. Pats mūsų kasdienis egzistavimas gali būti fizikinių procesų, vykstančių dvimatėje erdvėje, holografinė projekcija.
Labai sunku patikėti Visatos struktūros „holografiniu principu“: sunku įsivaizduoti, kad jūs atsibundate, valote dantis, skaitote laikraščius ar žiūrite televizorių vien todėl, kad keli milžiniški kosminiai objektai susidūrė vienas su kitu kažkur ant Visatos sienų.
Niekas dar nežino, ką mums reikš „gyvenimas hologramoje“, tačiau teoriniai fizikai turi daugybę priežasčių manyti, kad tam tikri Visatos veikimo holografinių principų aspektai yra tikrovė.
Mokslininkų išvados yra pagrįstos esminiu juodųjų skylių savybių tyrimu, kurį atliko garsus teorinis fizikas Stephenas Hawkingas kartu su Rogeriu Penrose'u.
Aštuntojo dešimtmečio viduryje mokslininkas ištyrė pagrindinius Visatą valdančius įstatymus ir parodė, kad iš Einšteino reliatyvumo teorijos seka erdvės laikas, kuris prasideda Didžiajame sprogime ir baigiasi juodosiomis skylėmis.
Šie rezultatai rodo, kad reikia derinti reliatyvumo teorijos tyrimą su kvantų teorija. Viena iš šio derinio pasekmių yra teiginys, kad juodosios skylės iš tikrųjų nėra visiškai „juodosios“: iš tikrųjų jos skleidžia radiaciją, kuri lemia jų laipsnišką išgaravimą ir visišką išnykimą.
Taigi atsiranda paradoksas, vadinamas „juodųjų skylių informaciniu paradoksu“: susiformavusi juodoji skylė praranda savo masę, spinduliuodama energiją. Kai išnyksta juodoji skylė, prarandama visa informacija, kurią ji absorbuoja. Tačiau pagal kvantinės fizikos įstatymus informacijos negalima visiškai prarasti.
Hawkingo prieštaringas argumentas: kol kas nesuprantamas juodųjų skylių gravitacinių laukų intensyvumas atitinka kvantinės fizikos dėsnius. Hawkingo kolega fizikas Bekenšteinas iškėlė svarbią hipotezę, padedančią išspręsti šį paradoksą.
Jis iškėlė hipotezę, kad juodosios skylės entropija yra proporcinga jos sąlyginio spindulio paviršiaus plotui. Tai yra tam tikra teorinė sritis, užmaskuojanti juodąją skylę ir žyminčią materijos ar šviesos negrįžimo tašką. Teoriniai fizikai įrodė, kad juodosios skylės sąlyginio spindulio mikroskopiniai kvantiniai svyravimai gali užkoduoti informaciją, esančią juodosios skylės viduje, todėl neprarandama informacija, esanti juodojoje skylėje jos išgaravimo ir išnykimo metu.
Taigi galima manyti, kad trimatę informaciją apie originalią medžiagą galima visiškai užkoduoti į juodosios skylės, suformuotos po jos mirties, dvimatį spindulį, maždaug taip, kaip trimatis objekto vaizdas užkoduotas naudojant dvimatę hologramą.
Zuskindas ir Huftas nuėjo dar toliau, pritaikydami šią teoriją Visatos struktūrai, remdamiesi tuo, kad erdvė taip pat turi sąlyginį spindulį - ribinę plokštumą, už kurios šviesos dar nepavyko prasiskverbti per 13,7 milijardo Visatos egzistavimo metų.
Be to, Juanas Maldacena, teorinis fizikas iš Prinstono universiteto, sugebėjo įrodyti, kad hipotetinėje penkių matmenų visatoje veiks tie patys fiziniai dėsniai, kaip ir keturių dimensijų erdvėje.
Remiantis Hogano teorija, holografinis Visatos egzistavimo principas radikaliai keičia mums pažįstamą erdvės-laiko paveikslą. Teoriniai fizikai ilgą laiką manė, kad dėl kvantinio efekto erdvėlaikis gali chaotiškai pulsuoti mažametės skalėje.
Esant tokiam pulsacijos lygiui, erdvės-laiko kontinuumo audinys tampa „grūdėtas“ir tarsi sudarytas iš mažiausių dalelių, panašių į pikselius, tik šimtus milijardų milijardų kartų mažesnis už protoną. Šis ilgio matas yra žinomas kaip „Planko ilgis“ir parodo 10–35 m ilgį.
Šiuo metu pagrindiniai fiziniai dėsniai buvo išbandyti empiriškai iki 10–17 atstumų, o Planko ilgis buvo laikomas nepasiekiamu, kol Hoganas suprato, kad holografinis principas viską keičia.
Jei erdvės-laiko kontinuumas yra grūdėta holograma, tuomet Visatą galima pavaizduoti kaip sferą, kurios išorinis paviršius padengtas mažiausiais 10–35 m ilgio paviršiais, iš kurių kiekvienas neša informaciją.
Holografinis principas sako, kad informacijos, apimančios išorinę sferos-Visatos dalį, kiekis turi atitikti informacijos bitų, esančių tūrinėje Visatoje, skaičių.
Kadangi sferinės visatos tūris yra daug didesnis nei visas išorinis jos paviršius, kyla klausimas, kaip įmanoma laikytis šio principo? Hoganas pasiūlė, kad visatos „interjerą“sudarančios informacijos bitai turėtų būti didesni už Plancko ilgį. „Kitaip tariant, holografinė visata yra tarsi miglotas paveikslas“, - sako Hoganas.
Tiems, kurie ieško mažiausių erdvės laiko dalelių, tai yra gera žinia. „Priešingai populiariems lūkesčiams, mikroskopinė kvantinė struktūra yra lengvai prieinama tyrimui“, - sakė Hoganas.
Nors dalelių, kurių matmenys yra lygūs Planko ilgiui, aptikti neįmanoma, holografinė šių „grūdų“projekcija yra maždaug 10–16 m. Kai mokslininkas padarė visas šias išvadas, jis pasidomėjo, ar įmanoma eksperimentiškai nustatyti šį holografinį erdvės neryškumą. laikas. Tada GEO600 atėjo į pagalbą.
Įrenginiai, tokie kaip GEO600, kurie gali aptikti gravitacines bangas, veikia tokiu principu: jei pro jį praeina gravitacinė banga, ji ištemps erdvę viena kryptimi, o kita - suspaus.
Norėdami išmatuoti bangos formą, mokslininkai nukreipia lazerio spindulį per specialų veidrodį, vadinamą pluošto skirstytuvu. Jis padalija lazerio spindulį į du pluoštus, kurie praeina per 600 metrų statmenus strypus ir grįžta atgal.
Grįžtantys pluoštai vėl sujungiami į vieną ir sukuria šviesių ir tamsių sričių, kur šviesos bangos arba išnyksta, arba sustiprina viena kitą, trikdžių schemą. Bet koks šių skyrių padėties pasikeitimas rodo, kad pasikeitė santykinis juostų ilgis. Eksperimentu galima aptikti mažesnius nei protono skersmens ilgio pokyčius.
Jei „GEO600“iš tikrųjų aptiktų holografinį triukšmą, atsirandantį dėl erdvės laiko kvantinių virpesių, tai būtų tyrinėtojų kardas su dviem kraštais: viena vertus, triukšmas trukdytų jiems bandyti „pagauti“gravitacines bangas.
Kita vertus, tai gali reikšti, kad tyrėjai sugebėjo padaryti daug fundamentalesnį atradimą, nei manyta iš pradžių. Vis dėlto yra tam tikra likimo ironija: prietaisas, suprojektuotas gaudyti bangas, kurios yra didžiausių astronominių objektų sąveikos rezultatas, atrado kažką tokio mikroskopinio, kaip erdvėlaikio „grūdai“.
Kuo ilgiau mokslininkai negali išsiaiškinti holografinio triukšmo paslapties, tuo aštresnis tampa klausimas dėl tolesnių šios krypties tyrimų. Viena iš tyrimų galimybių gali būti vadinamojo atominio interferometro, kurio veikimo principas yra panašus į GEO600, dizainas, tačiau vietoj lazerio spindulio bus naudojamas žemos temperatūros atomų srautas.
Ką žmonijai reikš holografinio triukšmo atradimas? Hoganas įsitikinęs, kad žmonija yra vienas žingsnis nuo laiko kvotos nustatymo. „Tai yra mažiausias įmanomas laiko intervalas: Planko ilgis padalytas iš šviesos greičio“, - sako mokslininkas.
Tačiau labiausiai įmanomas atradimas padės tyrėjams, bandantiems derinti kvantinę mechaniką ir Einšteino gravitacijos teoriją. Mokslo pasaulyje populiariausia yra styginių teorija, kuri, mokslininkų įsitikinimu, padės pagrindiniame lygmenyje aprašyti viską, kas vyksta Visatoje.
Hoganas sutinka, kad jei bus įrodyti holografiniai principai, nuo šiol holografinių principų kontekste joks požiūris į kvantinės gravitacijos tyrimą nebus nagrinėjamas. Priešingai, tai bus postūmis stygų teorijos ir matricos teorijos įrodymams.
„Turbūt turime pirmųjų įrodymų, kaip erdvės laikas išplaukia iš kvantinės teorijos mūsų rankose“, - pažymėjo mokslininkas.