Pravilnik upotrebi kolačića
Portal Telegram.hr unaprijedio je politiku privatnosti i korištenja takozvanih cookiesa, u skladu s novom europskom regulativom. Cookiese koristimo kako bismo mogli pružati našu online uslugu, analizirati korištenje sadržaja, nuditi oglašivačka rješenja, kao i za ostale funkcionalnosti koje ne bismo mogli pružati bez cookiesa. Daljnjim korištenjem ovog portala pristajete na korištenje cookiesa. Ovdje možete saznati više o zaštiti privatnosti i postavkama cookiesa

Neki fizičari su uvjereni da živimo u hologramu. I možda nisu sasvim ludi

Postoji udaljena, 2D površina koja sadrži sve podatke o svijetu?

ZADNJA IZMJENA: srp 1, 2015
Foto: mpearson218/Flickr

Neki fizičari zaista vjeruju da bi cijeli Svemir ustvari mogao biti jedan ogromni hologram. Ne misle pritom da je Svemir neka vrsta izmišljene simulacije iz filma The Matrix, već da bi, iako mislimo da živimo u trodimenzionalnom Svemiru, on ustvari mogao imati tek dvije dimenzije. Takvo stajalište proizlazi iz teorije koja se naziva Holografsko načelo.

Teorija ide otprilike ovako: Postoji neka udaljena, dvodimenzionalna površina koja sadrži sve podatke koji su potrebni da bi se u potpunosti opisao naš svijet – i upravo kao kod holograma, ti se podaci projiciraju na način da izgledaju trodimenzionalno. Kao i likovi koje gledamo preko TV ekrana, i mi živimo na ravnoj površini koja samo izgleda kao da ima dubinu.

Ovo možda može zvučati apsurdno, ali brojni fizičari tvrde da zakoni fizike imaju puno više smisla pisani u dvije dimenzije nego u tri.

Nije divlja spekulacija

“Većina teoretičara fizike ovo ne smatra nekom divljom spekulacijom“, tvrdi Leonard Susskind, fizičar sa sveučilišta Stanford, koji je ovakvu ideju definirao još prije nekoliko desetljeća. “Takav je način postao svakodnevno sredstvo za rješavanje problema u fizici.“

Ali ovdje je svakako potrebno napomenuti da nigdje ne postoji konkretan dokaz da je naš cijeli Svemir ustvari dvodimenzionalni hologram. Ovakve kalkulacije nisu isto što i matematički dokazi. One su ustvari samo intrigantne sugestije da bi naš Svemir mogao biti hologram. Također, mnogi fizičari zapravo ni ne vjeruju da postoji prikladan način da se ta ideja eksperimentalno testira.

A odakle ta ideja da bi Svemir ustvari mogao biti hologram?

Ideja je proizašla iz paradoksa vezanog uz crne rupe, odnosno iz nedostatka informacija o crnim rupama.

1974. godine, Stephen Hawking otkrio je da crne rupe, suprotno dotadašnjem mišljenju, tijekom vremena ustvari emitiraju određenu količinu zračenja. I zbog tog će postepenog izlaska energije s površine crne rupe, tvrdi, i crna rupa u cijelosti nestati. Takva je njegova ideja pokrenula problem s nedostatkom informacija o crnim rupama.

Ilustracija prijenosa energije iz crne rupe.
Ilustracija prijenosa energije iz crne rupe Communicate Science

Dugo se mislilo da fizičke informacije ne mogu biti uništene: Sve čestice ili zadržavaju svoj izvorni oblik ili, ako se promjene, ta promjena utječe na druge čestice, kako bi se iz njih onda mogao izvesti zaključak o izvornom obliku prvotnih čestica. Za lakše razumijevanje, ovo bismo mogli usporediti s hrpom papira koje siječemo na komadiće. I kad ih isiječemo na stotinu sitnih komadića, informacije koje su na njima i dalje će postojati. S vremenom, mogli bismo ponovno spojiti sve komadiće papira i tada bismo vidjeli što je izvorno na njima pisalo. Ista stvar je i sa česticama. Ali, postoji problem. Ako crna rupa nestane, nestat će i sve informacije iz svih objekata koji su se u njoj nalazili.

Jedno rješenje problema, koje su predložili Susskind i nizozemski fizičar Gerard ‘t Hooft sredinom 90-ih, je to da objekt, kada bude uvučen u crnu rupu, za sobom ostavlja neku vrstu dvodimenzionalnog otiska koji tada ostaje kodiran na horizontu. Kasnije, kada zračenje izlazi iz crne rupe, ono sa sobom pokupi otisak tog podatka i, na taj način, on zapravo nije uništen.

A njihovi proračuni pokazuju da samo na dvodimenzionalnoj površini crne rupe može biti spremljen dovoljan broj informacija koje mogu do kraja objasniti bilo koji trodimenzionalni objekt unutar nje.

„Analogija na koju smo obojica automatski pomislili bio je hologram – dvodimenzionalni komad filma koji može kodirati sve informacije u trodimenzionalnom dijelu nekog prostora“, rekao je Susskind.

Problem entropije

Postojao je također i problem povezan s izračunavanjem količine entropije u crnoj rupi – odnosno s količinom poremećaja i slučajnosti među njenim česticama. Jacob Bekenstein 70-ih je izračunao da je njihova entropija zaštićena i da je ta zaštita proporcionalna dvodimenzionalnom prostoru horizonta crne rupe.

„U ordinarnom sustavu vrijednosti, entropija je proporcionalna volumenu, a ne prostoru“, tvrdi Juan Maldacena, argentinski fizičar koji također sudjeluje u proučavanju Holografskog načela. I on i ostali koji se njime bave s vremenom su shvatili da je ono što izgleda kao trodimenzionalni objekt, kao što je i crna rupa, najlakše objasniti i razumjeti ako koristimo samo dvije dimenzije.

Kako se ova ideja sa Crne rupe proširila na cijeli Svemir?

Ništa od ovoga ustvari nije dokaz da su crne rupe hologrami. Ali kao što je Susskind rekao, fizičarima gledanje na cijeli Svemir kao na 2D objekt koji samo izgleda trodimenzionalno pomaže riješiti mnoge složenije probleme teorijske fizike. A računica je na kraju ista, govorili mi o crnoj rupi, nekom planetu ili cijelom Svemiru.

Maldacena je 1998. godine demonstrirao zašto bi neki prostor, hipotetski gledano, mogao biti hologram. Njegov hipotetski prostor (Svemir) bio je takozvani anti-de Sitter prostor (koji, da pojednostavimo stvari, ima zakrivljen oblik, što je u suprotnosti s našim Svemirom, za kojeg se vjeruje da je ravan).

Anti-de Sitter prostor koji je zaobljen (lijevo) i naš Svemir koji je, pretpostavlja se, ravan (desno).
Anti-de Sitter prostor koji je zaobljen (lijevo) i naš Svemir koji je, pretpostavlja se, ravan (desno) The Physics Mill

Također, promatravši taj prostor kao dvodimenzionalan, došao je do ideje takozvane Teorije struna – koja tvrdi da je Svemir sastavljen od jednodimenzionalnih struna, a ne čestica.

Što je najvažnije, na ovaj je način ujedinio dva vrlo važna koncepta u fizici pod jedan teoretski okvir. „Holografsko načelo povezalo je teoriju gravitacije i standardni model fizike čestica“, rekao je Maldacena.

Kombinacija dvije fundamentalne ideje u jednu koherentnu teoriju (poznatiju pod nazivom kvantna gravitacija) i dalje ostaje sveti gral u svijetu fizike. Stoga je uspjeh holografskog načela u ovom hipotetskom prostoru (Svemiru) stvarno ogromna stvar. No naravno, sve je to još daleko od tvrdnje da je i naš stvarni Svemir – a ne ovaj čudni, hipotetski oblikovan – također hologram.

Ali, postoji li mogućnost da je i naš Svemir hologram ili se ta ideja može primijeniti samo na hipotetske prostore?

To i dalje ostaje predmetom rasprave. Ali nedavno objavljeni teorijski radovi poznatih austrijskih i indijskih fizičara predlažu da bi se Holografsko načelo ipak moglo primijeniti i na naš Svemir.

I oni su, kao i Maldacena, odlučili koristiti to načelo kako bi pronašli sličnosti između različitih polja kakva su kvantna fizika i teorija gravitacije. U našem Svemiru, te dvije teorije obično nisu usklađene: one ustvari predviđaju potpuno drugačije rezultate što se tiče djelovanja bilo kojih čestica.

Ali u njihovim najnovijim radovima, fizičari su izračunali na koji bi se način ove dvije teorije mogle ispreplesti – otkrivši bizaran kvantni fenomen u kojem stanja dviju malih čestica mogu korelirati na način da promjena na jednoj čestici uzrokuje promjenu na drugoj, čak i ako su one veoma udaljene. A to su otkrili na način da su Svemir u obliku ravne plohe promatrali kao hologram, što im je omogućilo da se rezultati ove dvije odvojene teorije podudaraju. I, iako je taj njihov prostor bio nešto sličniji našem stvarnom Svemiru nego onaj na kojem je radio Maldacena, bio je to tek jedan od tipova ravnih prostora te također, oni nisu uzeli u obzir vrijeme, već samo ostale tri prostorne dimenzije. Nadalje, čak i da su ovo uspjeli primijeniti na cijeli Svemir, to bi opet pokazalo tek mogućnost da je cijeli Svemir hologram. To i dalje ne bi bili čvrsti dokazi.

Kako onda možemo dokazati da je cijeli Svemir hologram?

Najbolji dokaz započeo bi definitivno nekim predviđanjem Holografske teorije kojeg je moguće testirati. Eksperimentalni fizičari tada bi mogli prikupiti dokaze kako bi se vidjelo odgovaraju li oni predviđanjima. Na primjer, teorija Velikog praska predvidjela je da je moguće pronaći nekakav oblik praostatka energije koja je nastala kao rezultat silovite eksplozije koja se dogodila prije 13,8 milijardi godina. I 1960. godine astromi su pronašli upravo to – oblik kratkovalnog zračenja (CMB-a) koje potječe iz vremena nakon Velikog praska.

U ovom trenutku ne postoji univerzalni test koji bi mogao ponuditi dokaze ove ideje, ali neki fizičari ipak vjeruju da Holografsko načelo predviđa postojanje limitiranog broja informacija koje se mogu nalaziti u prostorvremenu, zbog toga što je naš naizgled trodimenzionalni Svemir kodiran limitiranim količinama dvodimenzionalnih informacija.

Kao što je Craig Hogan nedavno rekao: „Osnovni učinak je taj da stvarnost ima ograničenu količinu informacija, kao što i Netflix ima ograničenu kvalitetu filmova kad im Comcast kompanija ne daje dozvolu za korištenje boljih. Zbog čega je sve pomalo mutno.“

Fermilabov holometar.
Fermilabov holometar Fermilab

Hogan i ostali koriste instrument Holometar koji traži upravo te zamućene dijelove. Taj se instrument oslanja na snažne lasere pomoću kojih se – na najmanjim razinama -može vidjeti postoji li fundamentalni limit u količini informacija koje su prisutne u prostorvremenu. Ako on postoji, kažu fizičari, to bi mogao biti dokaz da živimo unutar holograma.

S druge strane neki fizičari, uključujući i Susskinda, negiraju pretpostavke ovog eksperimenta i kažu da on ne može ponuditi nikakve dokaze holografskog načela.

Ali, pretpostavimo da se ipak dokaže da je Svemir ustvari hologram. Što bi to značilo za naš svakodnevni život?

Da je Svemir hologram, svakodnevni život bi izgledao ovako - isto kao i sad.
Da je Svemir hologram, svakodnevni život bi izgledao ovako – isto kao i sad Wellyproject/Flickr

Ukratko rečeno, to bi značilo vrlo malo. Zakoni fizike po kojima živimo cijeli život i dalje bi ostali isti. Tvoja kuća, pas, auto i tvoje tijelo i dalje bi bili trodimenzionalni objekti.

Ali u nekom dubljem smislu, takvo bi otkriće bilo prava pravcata revolucija našeg postojanja.

Otkriće da je Svemir nastao prije 13,8 milijardi godina iznenadnom, snažnom eksplozijom za naš svakodnevni život ne znači puno, ali otkriće Velikog praska svakako je ključno za razumijevanje povijesti nastanka Svemira i razumijevanje nas samih unutar cijelog kozmosa.

Na isti način, bizarna načela kvantne mehanike ne mijenjaju puno tvoj svakodnevni život. Ne vidiš atome i ne primjećuješ što oni ustvari rade. Ali ta su načela još jedna osnovna istinitost koja nam govori nešto potpuno neočekivano o fundamentalnoj prirodi našeg Svemira.

Dokazivanje Holografskog načela bilo bi, stoga, otprilike isto takvo. I dalje bismo živjeli naš svakodnevni život i vjerojatno ne bismo previše razmišljali o tome da ga živimo u – hologramu. Ali takvo bi otkriće poslužilo kao važan korak ka potpunom razumijevanju zakona fizike – koji diktiraju apsolutno svaku našu radnju.

Preuzeto s Voxa.

Vlatka Ernečić
Telegram autor
515 članaka Više o autoru
Više s weba