Prima pagină Stiinta

Pamantul, o holograma uriasa?

Alexandru Safta | 03.09.2010 | ● Vizualizări: 2264
Pamantul, o holograma uriasa?     pamant, holograma, gaura neagra, fizica, atom, neutron, univers, big bang + zoom
Galerie foto (7)

Trecand in viteza prin sudul rural al Hanovrei, cu usurinta se poate rata locatia experimentului GEO600. Din afara, nimic impresionant: intr-un colt de ogor, un complex de cladiri cubice, din care ies, in unghi drept, doua santuri acoperite cu ondulin. Sub straturile metalice se afla insa un detector ce se intinde pe o distanta de 600 metri. In ultimii sapte ani, dispozitivul anglo-german s-a angajat in cautarea undelor gravitationale – pulsatii in continuumul spatiu-timp, declansate de obiecte astronomice super-dense, precum stelele neutronice si gaurile negre. GEO600 nu a detectat pana acum nicio astfel de unda gravitationala, dar s-ar putea sa fi realizat, in schimb, cea mai importanta descoperire din fizica a ultimei jumatati de secol.

Un zgomot ne zdruncina lumea

Pentru a masura fenomenul undelor gravitationale, echipa GEO600declanseaza o singura raza laser printr-o oglinda pe jumatateargintata, denumita "distribuitor sau separator de raza". Aceastaportioneaza lumina in doua fascicole, care trec prin brateleperpendiculare, lungi de cate 600 metri, ale instrumentului si suntreflectate inapoi. Razele luminii reflectate se recombina inseparator si creeaza un tipar de interferenta a luminii, marcandregiunile intunecate in care undele luminoase fie s-au anulat fies-au potentat reciproc. Orice schimbare de pozitie a acestorregiuni comunica o variatie a lungimii relative a traseelor, ceeace poate coincide cu prezenta unei unde gravitationale.

Timp de mai multe luni de zile, echipa de cercetatori GEO600 s-atot blocat incercand sa identifice o sursa pentru zgomotulinexplicabil care perturba detectorul. Ramasi fara piste, oameniide stiinta au fost abordati, din senin, cu un raspuns. Acesta veneade la un alt cercetator, care chiar prezisese zgomotul inainte camembrii GEO600 sa il fi detectat. Potrivit lui Craig Hogan,expert al laboratorului de fizica a particulelor Fermilab dinBatavia, Illinois, germanii din Hanovra au dat peste o limitafundamentala a continuumului spatiu-timp - punctul in care spatiulsi timpul inceteaza sa se mai comporte sub forma armonioasadescrisa de Einstein si incep sa se dizolve in "granule", tot asacum fotografia dintr-un ziar se fragmenteaza in puncte atunci candeste marita.



"Se pare ca GEO600 este "inghiontit" de convulsii microscopice decuantum spatio-temporal. Daca rezultatul celor de la GEO600 esteceea ce suspectez eu ca este, atunci traim cu totii intr-o uriasaholograma cosmica", sustine Hogan transant. Hologramelecare se pot gasi pe cardurile de credit sau pe unele bancnote suntaplicate bidimensional pe suprafete de plastic. Atunci cand luminaricoseaza din ele, se creeaza aparenta unei imaginitridimensionale. In anii '90, fizicianul Leonard Susskindsi castigatorul premiului Nobel Gerard 't Hooft sugerau ca acelasiprincipiu s-ar putea aplica Universului ca intreg. Experientelenoastre cotidiene ar putea ele insele sa fie o proiectieholografica a proceselor fizice care au loc pe o suprafatabidimensionala, indepartata.



Principiul holografic si gaurile negre

Totusi, "principiul holografic" este de natura sa ne indignezepana la celule, negandu-ne, la urma urmei, intr-o oarecare masura,existenta. Pare greu de crezut pentru oricine ca s-a trezit astazi,a ajuns la birou, iar acum citeste acest articol pentru ca unanumit fenomen care ne pune in valoare are loc undeva in Univers.Nimeni nu stie ce implicatii ar avea pentru noi sa traim,cu adevarat, intr-o holograma si, totusi, teoreticienii au motiveintemeiate sa creada ca destule aspecte ale acestui principiu suntadevarate. Ideea remarcabila a lui Susskind si 't Hooftare la baza studii revolutionare asupra gaurilor negre, testate decatre Jacob Bekenstein de la Universitatea Evreiasca din Israel side Stephen Hawking de la Universitatea Cambridge. In anii' 70,Hawking a demonstrat ca gaurile negre nu sunt in totalitate negresi emit, cu lentoare, o radiatie ce provoaca evaporarea lortreptata si in cele din urma le stimuleaza disparitia.

Atunci cand o gaura neagra dispare, toata informatia despresteaua care a colapsat pentru a o forma dispare o data cu ea; ceeace contrazice larg sustinutul principiu ca informatia nu poate fidistrusa. Este un concept cunoscut sub denumirea de "paradox alinformatiei gaurii negre". Conform lui Bekenstein,continutul informational al unei gauri negre este proportional curaza sa de actiune; aceasta reprezinta suprafata teoretica pe careo acopera o gaura neagra si marcheaza punctul din care nu maiexista intoarcere pentru materia sau lumina atrasa insprenebuloasa.



Aceasta explicatie implica o profunda concluzie de natura fizica:informatia 3D a unei stele precursoare poate fi complet incifratain orizontul 2D al gaurii negre ulterioare - diferit de imagineatridimensionala a unui obiect incifrat intr-o hologramabidimensionala. Discutand pe teritoriul principiului holografic, materialul spatiu-timp devine granulat si plamadit din unitatiminuscule asemanatoare pixelilor, dar de o suta de miliarde demiliarde de ori mai mici decat un proton. Acest raport estecunoscut ca scara Planck si se echivaleaza cu valoarea de 10-35metri. Marimea Plank este dincolo de orice experiment imaginabil,asa incat nimeni nu a visat candva ca granulele din spatiu-timp arputea fi vreodata percepute.

Universul ca o sfera si timpul-spatiul ca niste graunte

Aceasta pana cand Hogan a inteles ca principiul holografic estede natura sa schimbe totul. Daca continuumul spatiu-timpeste o holograma granulata, atunci Universul poate fi imaginat ca osfera a carei suprafata exterioara este realizata din parcele ladimensiunea marimii Plank, fiecare continand un bit deinformatie. Principiul holografic sustine ca nivelul deinformatie tapetat la exterior trebuie sa se potriveasca numaruluide biti continuti de volumul Universului. De vreme ce volumulUniversului sferic este mult mai mare decat suprafata saexterioara, cum s-ar putea adeveri o asemenea afirmatie? Hogan ainteles ca pentru a avea acelasi numar de biti pe dinauntrulUniversului ca si la suprafata, lumea din interior trebuie sa fiefacuta din granule mai mari decat la scara Plank.

Ceea ce inseamna vesti bune pentru oricine incearca sa probeze ceamai mica unitate a continuumului spatiu-timp. Contrar tuturorasteptarilor, aduce structura cuantica microscopica la nivelulexperimentelor fezabile. Altfel spus, in timp ce scara Plank esteprea mica pentru a fi observata experimental, proiectia holograficaa granulatiei din interiorul Universului ar putea fi mult, mult maimare, ajungand in jurul a 10-16 metri. Atunci cand Hogan a intelespentru prima oara aceste lucruri, s-a intrebat daca vreunexperiment ar fi capabil sa detecteze plamada continuumului spatiutimp. Aici si atunci a intervenit GEO600. Din cele cinci detectoarede unde gravitationale aflate in toata lumea, Hogan si-a dat seamaca experimentul anglo-german GEO600 ar trebui sa fie cel maisensibil la ceea ce are cercetatorul in minte.



El a prezis ca, daca separatorul de raza al experimentuluieste perturbat de convulsiile cuantice ale continuumuluispatiu-timp, acest lucru se va reflecta in masuratori. Iniunie 2009, omul de stiinta si-a trimis predictia echipei GEO600."Incredibil, am aflat ulterior ca experimentul detecta zgomotneasteptat", adauga cercetatorul. Investigatorul GEO600,Karsten Danzmann de la Institutul de Fizica Gravitationala MaxPlanck din Potsdam, Germania si de asemenea de la Universitatea dinHanovra, admite ca zgomotul excesiv, cu frecvente intre 300 si 1500hertzi, a sacait echipa multa vreme. El i-a raspuns lui Hogan,trimitandu-i o mostra de zgomot. "Arata exact ca predictia mea. Eraca si cum despartitorul de raza avea o modulatie laterala in plus",declara cu entuziasm specialistul.

Revolutionar sau minor

Cheia acestor experimente este ca sunt sensibile laschimbarile de lungime de unda mult mai mici decat diametrul unuiproton. Asadar, sunt ele capabile sa detecteze proiectiaholografica a continuumului spatiu-timp? Nimeni, inclusivHogan, nu pretinde pentru moment ca GEO600 a gasit dovada faptuluica traim intr-un univers holografic. Este mult prea devreme pentrua exprima cu certitudine asemenea lucruri. Hogan insusi crede casursa zgomotului ar putea fi, inca, una mundana.



Detectoarele de unde gravitationale sunt extrem de sensibile, asaincat cei care le opereaza trebuie sa ia in calcul o multitudine deaspecte pentru a fi siguri de rezultate si masuratori. Suntconsiderate aici amanunte precum plafonul de nori, traficul aflatpe distanta mare, activitatile seismice si multe alte surse ce arputea masca un semnal real. "Activitatile zilnice deimbunatatire a senzitivitatii acestor experimente declanseazaintotdeauna zgomote nedorite. Ne straduim sa identificam cauza unuizgomot, sa scapam de el si apoi trecem la identificarea urmatoareisurse de zgomot nedorit. In prezent, nu exista nicio canditataclara in randul surselor zgomotului experimentat de GEO600.Consider, de aceea, situatia neplacuta, dar nu neaparatingrijoratoare", declara Danzmann.



Pentru un timp, echipa GEO600 a crezut ca zgomotul de care erainteresat Hogan era cauzat de fluctuatiile de temperatura dinseparatorul de raze. Totusi, echipa a concluzionat caaceasta s-ar putea face vinovata, cel mult, de o treime din zgomot.Danzmann sustine ca unele imbunatatiri planificate ar trebui sasporeasca senzitivitatea lui GEO600 si sa elimine unele posibilesurse de zgomot in exces ale experimentului. Daca GEO600 adescoperit, intr-adevar, zgomotul holografic provenit de laconvulsiile cuantice ale continuumului spatiu-timp, atunci aceastareprezinta o sabie cu doua taisuri pentru cercetatorii undelorgravitationale. Pe de o parte, zgomotul le va handicapa eforturilede detectare a undelor. Pe de cealalta, ar putea reprezenta odescoperire mult mai importanta.

Socoteala de acasa nu se potriveste cu cea din targ

O atare situatie nu ar fi fara precedent in fizica. Detectoarelegigante construite special pentru a cauta o forma ipotetica deradioactivitate in care protonii se descompun nu au gasit niciodataasa ceva. In schimb, au descoperit ca neutronii isi pot schimbaforma; o informatie poate chiar mai esentiala, deoarece ne poateinvata cum Universul a ajuns sa fie umplut cu materie si nu cuantimaterie. Ar fi ironic ca un instrument construit sadetecteze ceva atat de vast precum sursele astrofizice ale undelorgravitationale, sa identifice, neplanificat, granulele minusculeale continuumului spatiu-timp. Cu cat misterul seadanceste mai mult, cu atat devine mai pregnanta motivatiaconstruirii unui instrument dedicat pentru probarea zgomotuluiholografic. Un "accident fericit" a facut ca preditiile lui Hogansa se coreleze cu experimentul GEO600, dar pare limpede, sunt deparere multi cercetatori, ca investigatii experimentale mult maipotrivite pot fi declansate spre a se concentra in mod special pemasurarea si caracterizarea zgomotului holografic si a fenomenelorderivate de aici.



O posibilitate, potrivit lui Hogan, ar fi intrebuintarea unuidispozitiv denumit interferometru atomic. Aceste dispozitiveopereaza folosind acelasi principiu cu al detectoarelor pe baza delaser, dar folosesc raze de atomi ultraraciti in locul razelorlaser. Deoarece atomii se pot comporta ca unde cu o lungime de undamult mai mica decat lumina, interferometrele atomice suntsemnificativ mai mici si deci mai ieftin de construit decatdetectoarele de unde gravitationale. Ce ar insemnadetectarea in acea situatie a unui zgomot holografic? Uniicoreleaza posibilitatea cu descoperirea neprevazuta a unui zgomotde antena Laboratoarelor Bell din New Jersey in 1964. Acel zgomots-a dovedit a fi un fundal de microunde cosmice, stralucireaulterioara a Big Bang-ului. Nu numai ca le-a aduscercetatorilor Arno Penzias si Robert Wilson un premiu Nobel, dar aconfirmat si Big-Bang-ul si a deschis o cu totul noua ramura destudiu in cosmologie.

Mai important, confirmarea principiului holografic ar fi de mareajutor pentru cercetatorii care incearca sa impace mecanicacuantica cu teoria gravitationala a lui Einstein. Astazi, cea maipopulara abordare a gravitatii cuantice este teoria stringurilor,despre care cercetatorii spera ca va descrie fenomene din Universla cel mai fundamental nivel. Hogan admite ca, daca principiulholografic va fi confirmat, el va elimina toate abordarilegravitatiei cuantice care nu incorporeaza acest principiu. Inacelasi timp, va reprezenta o potentare pentru cele care il contin- intre care se numara ceva derivat din teoria stringurilor si cevadenumit "teoria matrix". In final, s-ar putea sa avem primaindicatie a modului in care continuumul spatiu-timp irumpe dinteoria cuantica. Este greu de facut o descoperire mai rasunatoaresi mai revolutionara de atat.

Sursa:NewScientist

CITESTE SI: