Η αρχή του ολογράμματος

Η αρχή του Ολογράμματος

Η αρχή του ολογράμματος είναι μια θεωρία που προήλθε από τη θεωρία των χορδών, και στηρίζεται στις ιδιότητες που έχει αναδείξει η θεωρία της κανονικής κβαντικής βαρύτητας για την ύλη. Η τελευταία θεωρεί ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι κβαντοποιημένος, και αποτελούνται, ακριβώς όπως και η ύλη, από ελάχιστες και διακριτές – δηλαδή κβαντισμένες – ποσότητες.

Κβαντικής Βαρύτητα βρόχων

Η προέλευση της κβαντικής βαρύτητας βρόχων ξεκινάει από τη δεκαετία του ’80, όταν ο Ινδός φυσικός Abhay Ashtekar ξανάγραψε τις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας σε ένα κβαντικό πλαίσιο. Ωστόσο αργότερα μέσα σε αυτή τη θεωρία συναντάμε ένα πλήθος ειδικών πάνω στο θέμα, τους Lee Smolin, Sundance Bilson-Thompson, Φωτεινή Μαρκοπούλου,  David Kribs. Στην έκδοση της κβαντικής βαρύτητας βρόχων της Μαρκοπούλου και του Kribs, αυτοί θεώρησαν τον Κόσμο ως έναν γιγαντιαίο κβαντικό υπολογιστή, όπου κάθε κβάντο του χώρου αντικαθίσταται από λίγες κβαντικές πληροφορίες.

Κβαντικές πλεξούδες

Οι υπολογισμοί τους έδειξαν ότι η ανθεκτικότητα των qubits θα διατηρούσε τις κβαντικές πλεξούδες στον χωροχρόνο, εξηγώντας έτσι πώς θα μπορούσαν τα σωματίδια να είναι τόσο μακράς διάρκειας ανάμεσα στην κβαντική αναταραχή. Ο Smolin, η Μαρκοπούλου και ο Bilson-Thompson τώρα έχουν επιβεβαιώσει ότι το πλέξιμο σε πλεξούδες αυτού του κβαντικού χωροχρόνου, μπορεί να παραγάγει τα ελαφρύτερα σωματίδια στο καθιερωμένο πρότυπο – το ηλεκτρόνιο, τα κουάρκ “επάνω” και “κάτω”, το νετρίνο του ηλεκτρονίου καθώς και την αντίστοιχη αντιύλη τους.

Το πείραμα

Το 1982 μια ερευνητική ομάδα του πανεπιστημίου του Παρισιού υπό την διεύθυνση του φυσικού Alain Aspect, μαζί με τους Stuart Jay Freedman και John Francis Clauser, πραγματοποίησε ίσως το σπουδαιότερο πείραμα του 20ου αιώνα. Οι παραπάνω ερευνητές ανακάλυψαν ότι υπό  κατάλληλες συνθήκες υποατομικά σωμάτια όπως τα ηλεκτρόνια, μπορούν να επικοινωνούν ακαριαία  με άλλα υποατομικά σωμάτια ανεξάρτητα από την απόσταση που τα χωρίζει τόσο αν πρόκειται για απόσταση 5 εκατοστών ή για απόσταση 100 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, ως να ήξερε κάθε ανεξάρτητο σωμάτιο ακριβώς τι κάνουν τα άλλα. Με κάποιον τρόπο κάθε σωματίδιο φαίνεται πάντα να ξέρει τι κάνει το άλλο, που βρίσκεται μακριά του. Το πρόβλημα με αυτό το κατόρθωμα είναι ότι παραβιάζει το χρόνιο δόγμα του Αϊνστάιν ότι καμία επικοινωνία δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

Η μη ύπαρξη της αντικειμενικής πραγματικότητας

Ο διεθνούς φήμης Άγγλος φυσικός  David Bohm , του Πανεπιστημίου του Λονδίνου, υποστήριζε ότι οι ανακάλυψη του Aspect συνεπιφέρει την μη ύπαρξη της αντικειμενικής πραγματικότητας. Δηλαδή ότι το σύμπαν παρά την φαινομενική του  στερεότητα  στην πραγματικότητα είναι ένα φάντασμα, ένα γιγαντιαίο φαντασμαγορικό ολόγραμμα. Δηλαδή υποστήριξε ότι από μαθηματική άποψη, το σύμπαν μπορεί να εξηγηθεί με μόνο δύο διαστάσεις, συνεπώς δεν είναι κατ’ ανάγκη τρισδιάστατο, όπως μαρτυρούν οι αισθήσεις μας.

Ο εγκέφαλος είναι ένας μηχανισμός ολογράμματος

Ο Bohm ανέπτυξε τη θεωρία ότι ο εγκέφαλος λειτουργεί με τρόπο παρόμοιο με ένα ολόγραμμα, σύμφωνα με τις κβαντικές μαθηματικές αρχές και τα χαρακτηριστικών μοτίβων του κύματος. Η καθημερινή μας τότε αντίληψη για τον κόσμο ως τρισδιάστατο, μπορεί να είναι είτε μια βαθιά πλάνη, είτε απλά ο ένας από τους δύο εναλλακτικούς τρόπους να αντιλαμβανόμαστε την πραγματικότητα. Μελετώντας τις μυστηριώδεις ιδιότητες των μαύρων τρυπών, οι φυσικοί έχουν συμπεράνει απόλυτα όρια για το μέγεθος της πληροφορίας που μπορεί να συγκρατήσει μια περιοχή του χώρου η μια ποσότητα ύλης και ενέργειας.

Η εντροπία

Ο φορμαλισμός της θεωρίας της πληροφορίας, εισήχθη το 1948 από τον Claude E. Shannon, ο οποίος εισήγαγε ως μέτρο του περιεχομένου της πληροφορίας, την εντροπία. Η εντροπία ήταν ήδη μια κεντρική έννοια στη θερμοδυναμική. Η θερμοδυναμική εντροπία περιγράφει την αταξία ενός συστήματος. Το 1877 ο Αυστριακός  φυσικός  Ludwig Boltzmann την προσδιόρισε με τον αριθμό των διακριτών μικροσκοπικών καταστάσεων που μπορούν να σχηματίσουν τα σωματίδια που αποτελούν ένα τμήμα της ύλης ενώ το τμήμα αυτό διατηρεί τη μακροσκοπική του μορφή.

Δεν μπορεί κάποιος να υπολογίσει την τελική χωρητικότητα πληροφορίας μιας ποσότητας ύλης, η ισοδύναμα την πραγματική θερμοδυναμική της εντροπία, χωρίς να γνωρίζει τη φύση των τελικών συστατικών της ύλης ή το βαθύτερο επίπεδο της δομής της ύλης.

Οι μαύρες τρύπες στις εξελίξεις

Μια βασική παράμετρος σ’ αυτές τις εξελίξεις είναι η μαύρη τρύπα. Οι μαύρες τρύπες είναι συνέπεια της γενικής σχετικότητας. Δηλαδή της γεωμετρικής θεωρίας του Albert Einstein, που ανέπτυξε κατά το 1915, για την βαρύτητα. Στη θεωρία αυτή, η βαρύτητα προκύπτει από την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Αυτή αναγκάζει τα σώματα να κινούνται σαν να τα επηρεάζει κάποια δύναμη. Αντίστροφα η καμπυλότητα προκαλείται από την παρουσία ύλης και ενέργειας.

 

Οι εξισώσεις του Einstein

Σύμφωνα με τις εξισώσεις του Einstein, μια αρκετά πυκνή συγκέντρωση ύλης η ενέργειας θα καμπυλώσει το χωροχρόνο σε τόσο μεγάλο βαθμό και τείνει να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα. Οι νόμοι της σχετικότητας απαγορεύουν σε οτιδήποτε εισέλθει στη μαύρη τρύπα να μπορέσει να ξαναβγεί. Αυτό ισχύει τουλάχιστον στην περιοχή της κλασσικής (μη κβαντικής) περιγραφής της φυσικής.

Είναι αδύνατο να καθορίσουμε τι υπάρχει μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Καμιά λεπτομερής πληροφορία δεν μπορεί να αναδυθεί από τον ορίζοντα γεγονότων και να διαφύγει στον εξωτερικό χώρο. Κατά την εξαφάνισή του όμως εντός μιας μαύρης τρύπας, ένα κομμάτι ύλης αφήνει κάποια ίχνη.

Η παραβίαση του θερμοδυναμικού νόμου

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής ωστόσο συνοψίζει τη γνωστή μας παρατήρηση ότι οι περισσότερες διαδικασίες της φύσης είναι μη αναστρέψιμες: Ένα φλιτζάνι τσαγιού πέφτει από το τραπέζι και σπάει, αλλά κανείς δεν έχει δει ποτέ τα συντρίμμια του να ανυψώνονται από μόνα τους και να ξανασχηματίζουν το φλιτζάνι πάνω στο τραπέζι. Όπως τόνισε για πρώτη φορά ο John Archibald Wheeler όμως, όταν η ύλη εξαφανίζεται μέσα σε μια μαύρη τρύπα η εντροπία της εξαφανίζεται μαζί της και ο δεύτερος νόμος μοιάζει να παραβιάζεται.

Η λύση του προβλήματος

Ένας τρόπος για να λυθεί το παζλ ήρθε το 1970 όταν ο Δημήτρης Χριστοδούλου, φοιτητής τότε του Wheeler στο Princeton και ο Stephen W. Hawking του πανεπιστημίου του Cambridge, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, απέδειξαν ότι  το ολικό εμβαδόν του ορίζοντα γεγονότων δεν μειώνεται ποτέ. Αυτό συμβαίνει σε πολλές διαδικασίες  όπως η συγχώνευση των μαύρων οπών.

Ολογραφικό όριο

Στην εργασία του για το ολογραφικό όριο, ο Leonard Susskind θεώρησε μια τυχαία απομονωμένη σφαιρική μάζα που δεν είναι η ίδια μια μαύρη τρύπα, και περιέχεται μέσα σε μια κλειστή επιφάνεια εμβαδού Α. Αν η μάζα μπορεί να καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα, η τρύπα αυτή θα καταλήξει με έναν ορίζοντα εμβαδού μικρότερου από Α. Τι συμβαίνει όμως αν η μάζα δεν καταρρέει αυθόρμητα;

Η μικροσκοπική μαύρη τρύπα

Το 2000 αποδείχτηκε ότι μια μικροσκοπική μαύρη τρύπα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετατρέψει το σύστημα σε μαύρη τρύπα. Όχι πολύ διαφορετική από αυτήν που θεώρησε ο Susskind. Το εκπληκτικό αποτέλεσμα έχει μια φυσική εξήγηση αν ισχύει η ολογραφική αρχή. (- ότι η χωρητικότητα σε πληροφορία εξαρτάται από το εμβαδόν επιφανείας-)

Η αναλογία του ολογράμματος

Στον καθημερινό κόσμο, ένα ολόγραμμα είναι ένα ιδιαίτερο είδος φωτογραφίας. Μια φωτπγραφία που αναγεννά μια πλήρη τρισδιάστατη εικόνα αν φωτιστεί με κατάλληλο τρόπο. Όλη η πληροφορία που περιγράφει την τρισδιάστατη εικόνα, είναι κωδικοποιημένη σ’ έναν σχηματισμό φωτεινών και σκοτεινών περιοχών πάνω σ’ ένα επίπεδο φιλμ, έτοιμο να αναπαραχθεί. Η ολογραφική αρχή ισχυρίζεται ότι ένα ανάλογο αυτού του κόλπου, ισχύει και για την πλήρη φυσική περιγραφή οποιουδήποτε συστήματος καταλαμβάνει μια περιοχή του τρισδιάστατου χώρου. Προτείνει λοιπόν ότι μια άλλη φυσική θεωρία που ορίζεται μόνο πάνω στο δισδιάστατο όριο της περιοχής περιγράφει πλήρως την τρισδιάστατη φυσική.

Η έρευνα των αρχών της ολογραφίας πάνω στις αναμνήσεις

Ο νευροφυσιολόγος , Karl Pribram, καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Stanford, ερευνώντας τις λειτουργίες του εγκεφάλου, πείσθηκε για την ολογραφική φύση της πραγματικότητας. Πολυάριθμες μελέτες απέδειξαν ότι οι αναμνήσεις οριοθετούνται σε καθορισμένες ζώνες του εγκεφάλου. Από τα σχετικά πειράματα κανένα δεν μπόρεσε να εξηγήσει ποιος μηχανισμός έκανε δυνατή τη διατήρηση των αναμνήσεων στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Μέχρι που ο Pribram εφάρμοσε σ΄ αυτήν την έρευνα τις αρχές της ολογραφίας.

Οι αναμνήσεις

Ο καθηγητής Pribram  υποστηρίζει ότι οι αναμνήσεις δεν αποθηκεύονται στους νευρώνες ή σε μικρές ομάδες των νευρώνων. Αποθηκεύονται στη σχηματογραφία των νευρικών ερεθισμών που διασταυρώνονται και διαπερνούν  όλο τον εγκέφαλο. Όπως ακριβώς η σχηματογραφία των ακτίνων Laser,   που διασταυρώνονται και διαπερνούν σε όλη την επιφάνεια του τμήματος του φωτογραφικού φιλμ που περιέχει την ολογραφική εικόνα.

 

 

Η εφαρμογή στο σύμπαν

Μπορούμε να εφαρμόσουμε την ολογραφική αρχή σε ολόκληρο το Σύμπαν; Το πραγματικό Σύμπαν είναι ένα τετραδιάστατο σύστημα. Έχει όγκο και εκτείνεται στο χρόνο. Αν η φυσική του Σύμπαντος μας είναι ολογραφική, θα υπάρχει ένα εναλλακτικό σύνολο φυσικών νόμων. Αυτό θα ισχύει πάνω σ’ ένα τρισδιάστατο όριο του χωροχρόνου και είναι ισοδύναμο με τους γνωστούς μας νόμους της τετραδιάστατης φυσικής. Δεν ξέρουμε ακόμη καμιά τέτοια τρισδιάστατη θεωρία που να δουλεύει με τέτοιο τρόπο.

Το πείραμα της Fermilab

Ο φυσικός Juan Martín Maldacena το 1997 παρουσίασε κάποιες εξισώσεις σύμφωνα με τις οποίες η πιθανότητα το Σύμπαν να είναι ένα ολόγραμμα ήταν μεγάλες. Ωστόσο οι εξισώσεις του ίσχυαν μόνο σε «εξωτικά» μοντέλα χώρου, τα οποία συγκρούονταν με τις κυρίαρχες θεωρίες για το Σύμπαν. Πάντως, η επιστημονική κοινότητα βρήκε αρκετά ενδιαφέρουσα τη θεωρία του ολογραφικού σύμπαντος. Οι έρευνες συνεχίστηκαν με πιο σημαντικά πειράματα  που έγιναν στο διάσημο εργαστήριο Fermilab στις ΗΠΑ.

To “Ολόμετρο”

Το «Ολόμετρο» (Holometer) είναι ένα πείραμα του οποίου ηγείται ο Craig Hogan, διευθυντής του Κέντρου σωματιδιακής αστροφυσικής του Fermilab, που στόχο έχει να απαντήσει πάλι στο ερώτημα, αν το σύμπαν μας είναι ένα δισδιάστατο ολόγραμμα.

Το «Ολόμετρο», η συντομογραφία του «Ολογραφικό Συμβολόμετρ, είναι ένα πείραμα που εξελίσσεται στο εργαστήριο Fermilab. Το πείραμα φιλοδοξεί να απαντήσει στο  θεμελιώδες κοσμολογικό ερώτημα. Το Ολόμετρο χρησιμοποιεί ένα ζεύγος συμβολομέτρων, τοποθετημένα πολύ κοντά το ένα στο άλλο.  Το καθένα εκτοξεύει δέσμη λέιζερ ενός κιλοβάτ (ισοδύναμη με 200000 στιλό λέιζερ). Αυτή διαχωρίζεται σε δυο διαδρομές μήκους 40 μέτρων. Στο τέλος της κάθε διαδρομής το φως ανακλάται και επιστρέφει στο σημείο διαχωρισμού. Εκεί επανασυνδέεται δημιουργώντας διακυμάνσεις στη φωτεινότητα. Μέσα σ’ αυτές τις διακυμάνσεις ίσως να κρύβονται και οι δονήσεις του χώρου ή ο «ολογραφικός θόρυβος», όπως αποκαλείται.

Ανακοινώσεις του εργαστηρίου Fermilab

«Αν βρούμε έναν θόρυβο που δε μπορούμε να εξαφανίσουμε, αυτό θα σημαίνει ότι μάλλον ανακαλύψαμε κάτι θεμελιώδες για τη φύση – έναν θόρυβο που οφείλεται στον χωρόχρονο», λέει ο φυσικός του εργαστηρίου Fermilab, Aaron Chou

«Είναι μία πολύ συναρπαστική στιγμή για τη φυσική. Ένα θετικό αποτέλεσμα θα ανοίξει μία λεωφόρο ερωτημάτων σχετικά με το πως λειτουργεί ο χώρος»

Σήμερα

Μέχρι σήμερα η επιστημονική κοινότητα δεν έχει βρει κάτι που να αποδεικνύει την θεωρία του ολογράμματος. Ωστόσο επειδή δεν έχει αποδειχθεί ούτε το αντίθετο σύμφωνα με τους ανθρώπους του Fermilab, θα συνεχίσουν τις προσπάθειες μέχρι να έρθουν σε ένα σίγουρο συμπέρασμα.

Για πιο αναλυτικές πληροφορίες πάνω στο θέμα:

https://holometer.fnal.gov/

http://science.sciencemag.org/content/350/6266/1303

https://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150427101633.htm

https://arxiv.org/abs/hep-th/0002044

https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-47-4-a103

 


Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Μαρία Ζουμάκη

Είμαι η Μαρία, και προσφάτως αποφοίτησα από το τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών. Έχω μια ιδιαίτερη αγάπη στην τεχνολογία, τον κινηματογράφο, τα βιβλία και το θέατρο. Ωστόσο δε λέω όχι σε κάποιο συναρπαστικό ταξίδι ή σε έναν ζεστό καφέ σε οποιοδήποτε σημείο της πόλης με λίγο κόσμο :)

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;