В 2D холограма ли живеем?

Нов експеримент на Фермилаб ще проверява естеството на Вселената.

Уникален експеримент, наречен Холометър, е започнал да събира данни, които ще трябва да отговорят на някои фундаментални въпроси относно нашата Вселена, включително и въпроса, дали не живеем в холограма.

Експериментът се провежда в Националната ускорителна лаборатория Ферми към Министерството на енергетиката на САЩ.

Представете си следната аналогия: Героите от едно телевизионно предаване не осъзнават, че техният тримерен свят се изобразява само в две измерения върху телевизионния екран. Възможно е ние също да не осъзнаваме, че нашето тримерно пространство е просто една илюзия.

Всъщност информацията относно всичко в нашата Вселена би могла да бъде кодирана върху миниатюрни двумерни носители.

Приближете се до телевизионния екран – ще видите пикселите, малки точки, оформящи изображението, което изглежда гладко, когато сте на по-голямо разстояние. Учените смятат, че може би информацията за Вселената се съдържа също в такива „пиксели“.

Размерът на един такъв пиксел на пространството е приблизително 10 трилиона трилиона пъти по-малък от размера на атома (~1E-35 m). Това е така наречената Планкова дължина.

„Искаме да разберем дали пространство-времето се квантува подобно на материята“, казва Крейг Хоган, директор на Fermilab’s Center for Particle Astrophysics и разработчик на теорията за холографския шум.

„Ако видим нещо, то напълно ще промени идеите ни за пространството, които използваме от хилядолетия.

От квантовата теория е известно, че е невъзможно да знаем едновременно точното местоположение и точната скорост на субатомните частици. Ако пространството е двумерно дискретизирано и имаме ограничена информация за местоположението на обектите, то тогава пространството само по себе си ще е подвластно на същата тази неопределеност.

Точно както веществото продължава да трепти (като квантови трептения) дори и при абсолютната нула, така и пространството трябва да има своеобразни „вградени“ вибрации дори и в своето най-ниско енергийно състояние.

По същество експериментът изследва докъде се разпростира способността на Вселената да съхранява информация. Ако съществува множество от малки (но крайни) числа, които описват кое къде се намира, то тогава може да се стигне до един предел, отвъд който е принципно невъзможно да се получи повече информация за дадено местоположение.

Холометърът на Фермилаб, или холографският интерферометър, е инструмент за тестване на този предел. Холометърът е най-чувствителното, създавано някога, устройство за измерване на квантовия „танц“ на самото пространство.

Сега, работейки на пълна мощност, Холометърът използва двойка интерферометри, разположени близко един до друг. Всеки от тях работи с лазер с мощност 1 киловат (еквивалент на 200 хиляди лазерни показалки). Лазерният лъч се разделя на два лъча, които се разпространяват по две перпендикулярни рамена, всяко от които с дължина 40 метра.

В края на рамената лъчите се отразяват и се връщат обратно към разделителя, където се сливат пак в един лъч, създавайки флуктуации в яркостта на този лъч, ако е налице движение. Изследователите анализират тези флуктуации, за да видят дали разделителят се движи по определен начин, воден от квантовия танц на пространството.

Предполага се, че „холографският шум“ ще се наблюдава на всякакви честоти, но предизвикателството пред учените е да не бъдат заблудени от други източници на вибрации.

Холометърът проверява за достатъчно високи честоти – от порядъка на мегахерци. По този начин е малко вероятно да възникват проблеми с движенията на обикновената материя. Всъщност основният фонов шум е свързан повече с радиовълните, излъчвани от близко разположените електронни уреди. В експеримента е предвидено идентифициране и елиминиране на шума от подобни източници.

„Ако открием шум, който не можем да отстраним, тогава може би ще сме засекли нещо нещо фундаментално – шум, вътрешно присъщ на пространство-времето“ – казва физикът от Фермилаб Аарон Чоу, водещ учен и мениджър на проекта Холометър.

„Това е вълнуващ момент за физиката. Един положителен резултат ще отвори изцяло нов път за изследвания относно начина, по който работи пространството.“

Експериментът Холометър е финансиран от Министерството на енергетиката на САЩ и други източници. Очаква се той да събира данни през идната година.

Екипът на Холометър включва 21 учени и студенти от Фермилаб, Масачузетския технологичен институт, Университета на Чикаго и Университета на Мичиган.