Saksa teadlaste teaduslik eksperiment GEO600 gravitatsioonilainete otsimiseks, mis on kestnud juba seitse aastat, on ajakirja New Scientist andmetel andnud ootamatuid tulemusi.
Spetsiaalse seadme - interferomeetri - abil kavatsesid füüsikud teaduslikult kinnitada üht Einsteini relatiivsusteooria järeldust.
Selle teooria kohaselt eksisteerivad Universumis nn gravitatsioonilised lained - gravitatsioonivälja häiringud, aegruumi kanga “väntsud”.
Valguse kiirusel levides tekitavad gravitatsioonilained eeldatavalt suurte astronoomiliste objektide ebaühtlaseid massiliigutusi: mustade aukude moodustumist või kokkupõrkeid, supernoova plahvatusi jne.
Teadus seletab gravitatsioonilainete tähelepanuta jätmist sellega, et gravitatsioonilised efektid on nõrgemad kui elektromagnetilised. Teadlased, kes alustasid oma eksperimenti juba 2002. aastal, eeldasid nende gravitatsioonilainete tuvastamist, millest võib hiljem saada väärtusliku teabe allikas nn tumeaine kohta, mis koosneb põhimõtteliselt meie Universumist.
Siiani pole GEO600 suutnud gravitatsioonilaineid tuvastada, kuid ilmselt suutsid teadlased seadme abil teha viimase poole sajandi suurima avastuse füüsika alal.
Mitmed kuud ei osanud eksperdid selgitada interferomeetri tööd segavate imelike mürade olemust, kuni äkki pakkus selgitust Fermilabi teaduslabori füüsik.
Craig Hogani hüpoteesi kohaselt põrkas GEO600 aparaat ruumi-aja jätkuvuse põhipiiriga - punktiga, kus ruumiaeg lakkab olemast Einsteini kirjeldatud pidev kontinuum ja laguneb "teradeks", justkui muutuks mitu korda suurenenud foto eraldi punktide rühmaks. …
Reklaamvideo:
"Paistab, et GEO600 komistas ruumi-aja mikroskoopilistele kvant kõikumistele," soovitas Hogan.
Kui see teave ei tundu teile piisavalt sensatsiooniline, kuulake lähemalt: "Kui GEO600 komistab selle peale, mida ma oletan, tähendab see, et elame hiiglaslikus kosmosehologrammis."
Juba idee, et elame hologrammis, võib tunduda naeruväärne ja absurdne, kuid see on lihtsalt loogiline jätk meie arusaamale mustade aukude olemusest, mis põhineb täiesti tõestataval teoreetilisel alusel.
Kummalisel kombel aitaks "hologrammi teooria" füüsikutel märkimisväärselt selgitada, kuidas universum toimib põhitasandil.
Meile tuttavad hologrammid (nagu näiteks krediitkaartidel) kantakse kahemõõtmelisele pinnale, mis hakkab ilmuma kolmemõõtmelisena, kui valguskiir selle kindla nurga alla tabab.
1990. aastatel soovitasid Nobeli füüsikapreemia laureaat Gerardt Huft Utrechti ülikoolist (Holland) ja Leonard Susskind Stanfordi ülikoolist (USA), et sarnast põhimõtet võiks rakendada ka kogu universumis. Meie igapäevane eksistents ise võib olla kahemõõtmelises ruumis toimuvate füüsikaliste protsesside holograafiline projektsioon.
Universumi struktuuri "holograafilises põhimõttes" on väga raske uskuda: on raske ette kujutada, et ärkate, harjate hambaid, loete ajalehti või vaatate televiisorit lihtsalt sellepärast, et kuskil Universumi piiril põrkasid omavahel kokku mitmed hiiglaslikud kosmoseobjektid.
Keegi ei tea veel, mida tähendab meie jaoks elu hologrammis, kuid teoreetilistel füüsikutel on palju põhjuseid arvata, et Universumi toimimise holograafiliste põhimõtete teatud aspektid on reaalsus.
Teadlaste järeldused põhinevad mustade aukude omaduste fundamentaalsel uuringul, mille viis läbi kuulus teoreetiline füüsik Stephen Hawking koos Roger Penrose'iga.
1970. aastate keskel uuris teadlane põhilisi seadusi, mis valitsevad universumit ja näitas, et Einsteini relatiivsusteooriast lähtub kosmoseaeg, mis algab Suurest Paugust ja lõpeb mustade aukudega.
Need tulemused osutavad vajadusele ühendada relatiivsusteooria uurimine kvantteooriaga. Selle kombinatsiooni üks tagajärgi on väide, et mustad augud pole tegelikult täiesti "mustad": tegelikult eraldavad nad kiirgust, mis viib nende järkjärgulise aurustumiseni ja täieliku kadumiseni.
Seega tekib paradoks, mida nimetatakse "mustade aukude teabeparadoksiks": moodustunud must auk kaotab oma massi, kiirgades energiat. Kui must auk kaob, kaob kogu teave, mille see neelas. Kuid kvantfüüsika seaduste kohaselt ei saa teavet täielikult kaduda.
Hawkingi vastuargument: mustade aukude gravitatsiooniväljade intensiivsus on seni arusaamatu, vastab kvantfüüsika seadustele. Hawkingi kolleeg füüsik Bekenstein on esitanud olulise hüpoteesi, mis aitab seda paradoksi lahendada.
Ta esitas hüpoteesi, et musta augu entroopia on proportsionaalne selle tingliku raadiuse pindalaga. See on omamoodi teoreetiline ala, mis maskeerib musta augu ja tähistab punkti, kus mateeria ega valgus tagasi ei pöördu. Teoreetilised füüsikud on tõestanud, et musta augu tingimusliku raadiuse mikroskoopilised kvant kõikumised võivad kodeerida teavet musta augu sisse, seega ei kao see teave, mis on musta auku selle aurustumise ja kadumise ajal.
Seega võib eeldada, et originaalaine kolmemõõtmeline teave saab täielikult kodeerida selle surma järel moodustunud musta augu kahemõõtmelisse raadiusesse, umbes kui umbes objekti kolmemõõtmeline kujutis kodeeritakse kahemõõtmelise hologrammi abil.
Zuskind ja Huft läksid veelgi kaugemale, rakendades seda teooriat Universumi struktuurile, tuginedes tõsiasjale, et kosmosel on ka tinglik raadius - piiritasapind, millest kaugemale pole valgus veel jõudnud tungida 13,7 miljardi aasta jooksul Universumi olemasolust.
Pealegi suutis Princetoni ülikooli teoreetiline füüsik Juan Maldacena tõestada, et hüpoteetilises viiemõõtmelises universumis toimivad samad füüsikalised seadused nagu ka neljamõõtmelises ruumis.
Hogani teooria kohaselt muudab Universumi olemasolu holograafiline põhimõte radikaalselt meie tuttavat ruumi-aja pilti. Pikka aega uskusid teoreetilised füüsikud, et kvantmõjud võivad põhjustada kosmoseaja kaootilise pulsatsiooni närvilisel skaalal.
Sellel pulsatsioonitasemel muutub ruum-aja kontinuumi kude "teraliseks" ja justkui väikseimatest osakestest sarnasteks, nagu pikslitega, vaid prootonist sadu miljardeid miljardeid kordi väiksemaks. Seda pikkuse mõõtu nimetatakse "Plancki pikkuseks" ja see tähistab arvu 10-35 m.
Praegu on põhilisi füüsikalisi seadusi kontrollitud empiiriliselt kuni vahemaadeni 10–17 ja Plancki pikkust peeti kättesaamatuks, kuni Hogan mõistis, et holograafiline põhimõte muudab kõike.
Kui ruumi-aja kontinuum on teraline hologramm, siis saab Universumit kujutada kerana, mille välispind on kaetud väikseimate pindadega 10–35 m pikkusega, millest igaüks kannab endas mingit teavet.
Holograafiline põhimõte ütleb, et sfääri-Universumi välimist osa katva teabe hulk peab vastama mahulises Universumis sisalduva teabebittide arvule.
Kuna sfäärilise universumi ruumala on palju suurem kui kogu selle välispind, tekib küsimus, kuidas on võimalik seda põhimõtet järgida? Hogan soovitas, et universumi "sisemuse" moodustav teave peaks olema suurem kui Plancki pikkus. "Teisisõnu, holograafiline universum on nagu hägune pilt," ütleb Hogan.
Neile, kes otsivad ruumi-aja väikseimaid osakesi, on see hea uudis. "Vastupidiselt levinud ootustele on mikroskoopiline kvantstruktuur uurimiseks hõlpsasti kättesaadav," ütles Hogan.
Ehkki Plancki pikkusega võrdse suurusega osakesi ei ole võimalik tuvastada, on nende "terade" holograafiline projektsioon umbes 10-16 m. Kui teadlane tegi kõik need järeldused, mõtiskles ta, kas seda holograafilist ruumi hägust on võimalik eksperimentaalselt kindlaks teha. aeg. Ja siis tuli GEO600 appi.
Seadmed nagu GEO600, mis on võimelised tuvastama gravitatsioonilisi laineid, töötavad järgmisel põhimõttel: kui gravitatsiooniline laine läbib seda, sirutab see ruumi ühes suunas ja surub teise kokku.
Lainekuju mõõtmiseks suunavad teadlased laserkiire läbi spetsiaalse peegli, mida nimetatakse kiirte jagajaks. See jagab laserkiire kaheks talaks, mis läbivad 600-meetriseid risti asetsevaid vardaid ja pöörduvad tagasi.
Tagasitulevad talad liituvad jälle üheks ja loovad heledate ja tumedate alade häiremustri, kus valguslained kas kaovad või tugevdavad üksteist. Mis tahes muudatused nende sektsioonide asukohas näitavad, et varraste suhteline pikkus on muutunud. Katseliselt saab tuvastada muutusi, mis on väiksemad kui prootoni läbimõõt.
Kui GEO600 tõepoolest tuvastaks holograafilise müra ruumilise aja kvantitatiivsete kõikumiste korral, muutuks see uurijate jaoks kahe teraga mõõgaks: ühelt poolt segaks müra nende katseid gravitatsioonilaineid "tabada".
Teisest küljest võib see tähendada, et teadlased suutsid teha palju põhjapanevama avastuse, kui algselt arvati. Siiski on teatav saatuse iroonia: seade, mis on kavandatud lainete hõivamiseks, mis on suurimate astronoomiliste objektide vastastikmõju tagajärg, avastas midagi mikroskoopilist nagu aegruumi "terad".
Mida kauem teadlased ei suuda holograafilise müra saladust lahti harutada, seda teravamaks muutub küsimus selles suunas täiendavate uuringute tegemise kohta. Üheks uurimisvõimaluseks võib olla nn aatominterferomeetri disain, mille tööpõhimõte sarnaneb GEO600-ga, kuid laserkiire asemel kasutatakse madala temperatuuriga aatomivoogu.
Mida tähendab holograafilise müra avastamine inimkonna jaoks? Hogan on kindel, et inimkond on kvantiteedi avastamisest ühe sammu kaugusel. "See on väikseim võimalik ajavahemik: Plancki pikkus jagatud valguse kiirusega," ütleb teadlane.
Kõige rohkem aitab aga võimalik uurimine teadlastel, kes üritavad ühendada kvantmehaanikat ja Einsteini gravitatsiooniteooriat. Teadusmaailmas on kõige populaarsem keelte teooria, mis teadlaste hinnangul aitab kirjeldada kõike, mis universumis toimub, põhitasemel.
Hogan nõustub, et kui holograafilisi põhimõtteid tõestatakse, ei saa edaspidi kvantgravitatsiooni uurimise lähenemisviisi käsitleda väljaspool holograafiliste põhimõtete konteksti. Vastupidi, see on tõukeks nööriteooria ja maatriksiteooria tõenditele.
"Võib-olla on meil esimesed tõendid selle kohta, kuidas kosmose aeg tuleneb kvantteooriast meie käes," märkis teadlane.
