Home » Stiinta » Pamantul, o holograma uriasa?

Pamantul, o holograma uriasa?

Autor: Safta Alexandru 03.09.2010
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 GEO600
declanseaza o singura raza laser printr-o oglinda pe jumatate
argintata, denumita „distribuitor sau separator de raza”. Aceasta
portioneaza lumina in doua fascicole, care trec prin bratele
perpendiculare, lungi de cate 600 metri, ale instrumentului si sunt
reflectate inapoi. Razele luminii reflectate se recombina in
separator si creeaza un tipar de interferenta a luminii, marcand
regiunile intunecate in care undele luminoase fie s-au anulat fie
s-au potentat reciproc. Orice schimbare de pozitie a acestor
regiuni comunica o variatie a lungimii relative a traseelor, ceea
ce poate coincide cu prezenta unei unde gravitationale.

Timp de mai multe luni de zile, echipa de cercetatori GEO600 s-a
tot blocat incercand sa identifice o sursa pentru zgomotul
inexplicabil care perturba detectorul. Ramasi fara piste, oamenii
de stiinta au fost abordati, din senin, cu un raspuns. Acesta venea
de la un alt cercetator, care chiar prezisese zgomotul inainte ca
membrii GEO600 sa il fi detectat. Potrivit lui Craig Hogan,
expert al laboratorului de fizica a particulelor Fermilab din
Batavia, Illinois, germanii din Hanovra au dat peste o limita
fundamentala a continuumului spatiu-timp – punctul in care spatiul
si timpul inceteaza sa se mai comporte sub forma armonioasa
descrisa de Einstein si incep sa se dizolve in „granule”, tot asa
cum fotografia dintr-un ziar se fragmenteaza in puncte atunci cand
este marita.

„Se pare ca GEO600 este „inghiontit” de convulsii microscopice de
cuantum spatio-temporal. Daca rezultatul celor de la GEO600 este
ceea ce suspectez eu ca este, atunci traim cu totii intr-o uriasa
holograma cosmica”, sustine Hogan transant. Hologramele
care se pot gasi pe cardurile de credit sau pe unele bancnote sunt
aplicate bidimensional pe suprafete de plastic. Atunci cand lumina
ricoseaza din ele, se creeaza aparenta unei imagini
tridimensionale.
In anii ’90, fizicianul Leonard Susskind
si castigatorul premiului Nobel Gerard ‘t Hooft sugerau ca acelasi
principiu s-ar putea aplica Universului ca intreg. Experientele
noastre cotidiene ar putea ele insele sa fie o proiectie
holografica a proceselor fizice care au loc pe o suprafata
bidimensionala, indepartata.

Principiul holografic si gaurile negre

Totusi, „principiul holografic” este de natura sa ne indigneze
pana 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 un
anumit 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 motive
intemeiate sa creada ca destule aspecte ale acestui principiu sunt
adevarate.
Ideea remarcabila a lui Susskind si ‘t Hooft
are la baza studii revolutionare asupra gaurilor negre, testate de
catre Jacob Bekenstein de la Universitatea Evreiasca din Israel si
de Stephen Hawking de la Universitatea Cambridge. In anii’ 70,
Hawking a demonstrat ca gaurile negre nu sunt in totalitate negre
si emit, cu lentoare, o radiatie ce provoaca evaporarea lor
treptata si in cele din urma le stimuleaza disparitia.

Atunci cand o gaura neagra dispare, toata informatia despre
steaua care a colapsat pentru a o forma dispare o data cu ea; ceea
ce contrazice larg sustinutul principiu ca informatia nu poate fi
distrusa. Este un concept cunoscut sub denumirea de „paradox al
informatiei gaurii negre”.
Conform lui Bekenstein,
continutul informational al unei gauri negre este proportional cu
raza sa de actiune; aceasta reprezinta suprafata teoretica pe care
o acopera o gaura neagra si marcheaza punctul din care nu mai
exista intoarcere pentru materia sau lumina atrasa inspre
nebuloasa.

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

Universul ca o sfera si timpul-spatiul ca niste graunte

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

Ceea ce inseamna vesti bune pentru oricine incearca sa probeze cea
mai mica unitate a continuumului spatiu-timp. Contrar tuturor
asteptarilor, aduce structura cuantica microscopica la nivelul
experimentelor fezabile. Altfel spus, in timp ce scara Plank este
prea mica pentru a fi observata experimental, proiectia holografica
a granulatiei din interiorul Universului ar putea fi mult, mult mai
mare, ajungand in jurul a 10-16 metri. Atunci cand Hogan a inteles
pentru prima oara aceste lucruri, s-a intrebat daca vreun
experiment ar fi capabil sa detecteze plamada continuumului spatiu
timp. Aici si atunci a intervenit GEO600. Din cele cinci detectoare
de unde gravitationale aflate in toata lumea, Hogan si-a dat seama
ca experimentul anglo-german GEO600 ar trebui sa fie cel mai
sensibil la ceea ce are cercetatorul in minte.

El a prezis ca, daca separatorul de raza al experimentului
este perturbat de convulsiile cuantice ale continuumului
spatiu-timp, acest lucru se va reflecta in masuratori.
In
iunie 2009, omul de stiinta si-a trimis predictia echipei GEO600.
„Incredibil, am aflat ulterior ca experimentul detecta zgomot
neasteptat”
, adauga cercetatorul. Investigatorul GEO600,
Karsten Danzmann de la Institutul de Fizica Gravitationala Max
Planck din Potsdam, Germania si de asemenea de la Universitatea din
Hanovra, admite ca zgomotul excesiv, cu frecvente intre 300 si 1500
hertzi, a sacait echipa multa vreme. El i-a raspuns lui Hogan,
trimitandu-i o mostra de zgomot. „Arata exact ca predictia mea. Era
ca 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 la
schimbarile de lungime de unda mult mai mici decat diametrul unui
proton. Asadar, sunt ele capabile sa detecteze proiectia
holografica a continuumului spatiu-timp?
Nimeni, inclusiv
Hogan, nu pretinde pentru moment ca GEO600 a gasit dovada faptului
ca traim intr-un univers holografic. Este mult prea devreme pentru
a exprima cu certitudine asemenea lucruri. Hogan insusi crede ca
sursa zgomotului ar putea fi, inca, una mundana.

Detectoarele de unde gravitationale sunt extrem de sensibile, asa
incat cei care le opereaza trebuie sa ia in calcul o multitudine de
aspecte pentru a fi siguri de rezultate si masuratori. Sunt
considerate aici amanunte precum plafonul de nori, traficul aflat
pe distanta mare, activitatile seismice si multe alte surse ce ar
putea masca un semnal real. „Activitatile zilnice de
imbunatatire a senzitivitatii acestor experimente declanseaza
intotdeauna zgomote nedorite. Ne straduim sa identificam cauza unui
zgomot, sa scapam de el si apoi trecem la identificarea urmatoarei
surse de zgomot nedorit. In prezent, nu exista nicio canditata
clara in randul surselor zgomotului experimentat de GEO600.
Consider, de aceea, situatia neplacuta, dar nu neaparat
ingrijoratoare”
, declara Danzmann.

Pentru un timp, echipa GEO600 a crezut ca zgomotul de care era
interesat Hogan era cauzat de fluctuatiile de temperatura din
separatorul de raze. Totusi, echipa a concluzionat ca
aceasta s-ar putea face vinovata, cel mult, de o treime din zgomot.
Danzmann sustine ca unele imbunatatiri planificate ar trebui sa
sporeasca senzitivitatea lui GEO600 si sa elimine unele posibile
surse de zgomot in exces ale experimentului.
Daca GEO600 a
descoperit, intr-adevar, zgomotul holografic provenit de la
convulsiile cuantice ale continuumului spatiu-timp, atunci aceasta
reprezinta o sabie cu doua taisuri pentru cercetatorii undelor
gravitationale. Pe de o parte, zgomotul le va handicapa eforturile
de detectare a undelor. Pe de cealalta, ar putea reprezenta o
descoperire mult mai importanta.

Socoteala de acasa nu se potriveste cu cea din targ

O atare situatie nu ar fi fara precedent in fizica. Detectoarele
gigante construite special pentru a cauta o forma ipotetica de
radioactivitate in care protonii se descompun nu au gasit niciodata
asa ceva. In schimb, au descoperit ca neutronii isi pot schimba
forma; o informatie poate chiar mai esentiala, deoarece ne poate
invata cum Universul a ajuns sa fie umplut cu materie si nu cu
antimaterie. Ar fi ironic ca un instrument construit sa
detecteze ceva atat de vast precum sursele astrofizice ale undelor
gravitationale, sa identifice, neplanificat, granulele minuscule
ale continuumului spatiu-timp.
Cu cat misterul se
adanceste mai mult, cu atat devine mai pregnanta motivatia
construirii unui instrument dedicat pentru probarea zgomotului
holografic. Un „accident fericit” a facut ca preditiile lui Hogan
sa se coreleze cu experimentul GEO600, dar pare limpede, sunt de
parere multi cercetatori, ca investigatii experimentale mult mai
potrivite pot fi declansate spre a se concentra in mod special pe
masurarea si caracterizarea zgomotului holografic si a fenomenelor
derivate de aici.

O posibilitate, potrivit lui Hogan, ar fi intrebuintarea unui
dispozitiv denumit interferometru atomic. Aceste dispozitive
opereaza folosind acelasi principiu cu al detectoarelor pe baza de
laser, dar folosesc raze de atomi ultraraciti in locul razelor
laser. Deoarece atomii se pot comporta ca unde cu o lungime de unda
mult mai mica decat lumina, interferometrele atomice sunt
semnificativ mai mici si deci mai ieftin de construit decat
detectoarele de unde gravitationale. Ce ar insemna
detectarea in acea situatie a unui zgomot holografic? Unii
coreleaza posibilitatea cu descoperirea neprevazuta a unui zgomot
de antena Laboratoarelor Bell din New Jersey in 1964. Acel zgomot
s-a dovedit a fi un fundal de microunde cosmice, stralucirea
ulterioara a Big Bang-ului.
Nu numai ca le-a adus
cercetatorilor Arno Penzias si Robert Wilson un premiu Nobel, dar a
confirmat si Big-Bang-ul si a deschis o cu totul noua ramura de
studiu in cosmologie.

Mai important, confirmarea principiului holografic ar fi de mare
ajutor pentru cercetatorii care incearca sa impace mecanica
cuantica cu teoria gravitationala a lui Einstein. Astazi, cea mai
populara abordare a gravitatii cuantice este teoria stringurilor,
despre care cercetatorii spera ca va descrie fenomene din Univers
la cel mai fundamental nivel. Hogan admite ca, daca principiul
holografic va fi confirmat, el va elimina toate abordarile
gravitatiei cuantice care nu incorporeaza acest principiu. In
acelasi timp, va reprezenta o potentare pentru cele care il contin
– intre care se numara ceva derivat din teoria stringurilor si ceva
denumit „teoria matrix”. In final, s-ar putea sa avem prima
indicatie a modului in care continuumul spatiu-timp irumpe din
teoria cuantica. Este greu de facut o descoperire mai rasunatoare
si mai revolutionara de atat.

Sursa:New
Scientist

CITESTE SI: