Secondo la rivista New Scientist, un esperimento scientifico condotto da scienziati tedeschi chiamato GEO600 per la ricerca di onde gravitazionali, che dura da sette anni, ha portato a risultati inaspettati.
Con l'aiuto di un dispositivo speciale - un interferometro - i fisici avrebbero confermato scientificamente una delle conclusioni della teoria della relatività di Einstein.
Secondo questa teoria, ci sono le cosiddette onde gravitazionali nell'Universo: perturbazioni del campo gravitazionale, "increspature" del tessuto dello spazio-tempo.
Propagando alla velocità della luce, le onde gravitazionali presumibilmente generano movimenti di massa irregolari di grandi oggetti astronomici: la formazione o le collisioni di buchi neri, esplosioni di supernova, ecc.
La scienza spiega l'inosservabilità delle onde gravitazionali dal fatto che gli effetti gravitazionali sono più deboli di quelli elettromagnetici. Gli scienziati, che hanno iniziato il loro esperimento nel 2002, si aspettavano di rilevare queste onde gravitazionali, che potrebbero in seguito diventare una fonte di preziose informazioni sulla cosiddetta materia oscura, di cui fondamentalmente è costituito il nostro Universo.
Fino ad ora, il GEO600 non è stato in grado di rilevare le onde gravitazionali, tuttavia, a quanto pare, gli scienziati con l'aiuto del dispositivo sono riusciti a fare la più grande scoperta nel campo della fisica nell'ultimo mezzo secolo.
Per molti mesi gli esperti non sono stati in grado di spiegare la natura degli strani rumori che interferivano con il funzionamento dell'interferometro, fino a quando improvvisamente una spiegazione è stata offerta da un fisico del laboratorio scientifico del Fermilab.
Secondo l'ipotesi di Craig Hogan, l'apparato GEO600 è entrato in collisione con il confine fondamentale del continuum spazio-temporale - il punto in cui lo spazio-tempo cessa di essere un continuum continuo descritto da Einstein, e si disintegra in "grani", come se una fotografia, ingrandita più volte, si trasformasse in un ammasso di punti separati …
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"Sembra che il GEO600 sia inciampato in microscopiche fluttuazioni quantistiche dello spaziotempo", ha suggerito Hogan.
Se questa informazione non ti sembra abbastanza sensazionale, ascolta ulteriormente: "Se GEO600 si imbatte in ciò che presumo, significa che viviamo in un ologramma spaziale gigante".
L'idea stessa che viviamo in un ologramma può sembrare ridicola e assurda, ma è solo una continuazione logica della nostra comprensione della natura dei buchi neri, basata su una base teorica completamente dimostrabile.
Stranamente, la "teoria dell'ologramma" aiuterebbe in modo significativo i fisici a spiegare finalmente come funziona l'universo a un livello fondamentale.
Gli ologrammi a noi familiari (come, ad esempio, sulle carte di credito) vengono applicati a una superficie bidimensionale, che inizia ad apparire tridimensionale quando un raggio di luce la colpisce con una certa angolazione.
Negli anni '90, il premio Nobel per la fisica Gerardt Huft dell'Università di Utrecht (Paesi Bassi) e Leonard Susskind della Stanford University (USA) hanno suggerito che un principio simile potrebbe essere applicato all'universo nel suo insieme. La nostra stessa esistenza quotidiana può essere una proiezione olografica di processi fisici che avvengono nello spazio bidimensionale.
È molto difficile credere nel "principio olografico" della struttura dell'Universo: è difficile immaginare di svegliarsi, lavarsi i denti, leggere giornali o guardare la TV solo perché diversi oggetti spaziali giganti si sono scontrati tra loro da qualche parte ai confini dell'Universo.
Nessuno sa ancora cosa significherà per noi "la vita in un ologramma", ma i fisici teorici hanno molte ragioni per credere che certi aspetti dei principi olografici del funzionamento dell'Universo siano la realtà.
Le conclusioni degli scienziati si basano su uno studio fondamentale delle proprietà dei buchi neri, che è stato condotto dal famoso fisico teorico Stephen Hawking insieme a Roger Penrose.
A metà degli anni '70, lo scienziato studiò le leggi fondamentali che governano l'universo e dimostrò che dalla teoria della relatività di Einstein segue uno spazio-tempo che inizia nel Big Bang e finisce nei buchi neri.
Questi risultati indicano la necessità di combinare lo studio della teoria della relatività con la teoria quantistica. Una delle conseguenze di questa combinazione è l'affermazione che i buchi neri in realtà non sono del tutto "neri": emettono infatti radiazioni, che portano alla loro graduale evaporazione e completa scomparsa.
Nasce così un paradosso, chiamato "paradosso dell'informazione dei buchi neri": il buco nero formato perde la sua massa, irradiando energia. Quando un buco nero scompare, tutte le informazioni che ha assorbito vengono perse. Tuttavia, secondo le leggi della fisica quantistica, le informazioni non possono essere completamente perse.
La controargomentazione di Hawking: l'intensità dei campi gravitazionali dei buchi neri è finora incomprensibile corrisponde alle leggi della fisica quantistica. Il collega di Hawking, il fisico Bekenstein, ha avanzato un'importante ipotesi che aiuta a risolvere questo paradosso.
Ha ipotizzato che un buco nero abbia un'entropia proporzionale alla superficie del suo raggio condizionale. Questa è una sorta di area teorica che maschera il buco nero e segna il punto di non ritorno della materia o della luce. I fisici teorici hanno dimostrato che le fluttuazioni quantistiche microscopiche del raggio condizionale di un buco nero possono codificare le informazioni all'interno di un buco nero, quindi non vi è alcuna perdita di informazioni che si trovano in un buco nero al momento della sua evaporazione e scomparsa.
Pertanto, si può presumere che le informazioni tridimensionali sulla sostanza originale possano essere completamente codificate nel raggio bidimensionale del buco nero formato dopo la sua morte, approssimativamente come un'immagine tridimensionale di un oggetto viene codificata utilizzando un ologramma bidimensionale.
Zuskind e Huft sono andati anche oltre, applicando questa teoria alla struttura dell'Universo, basata sul fatto che lo spazio ha anche un raggio condizionale - un piano limite, oltre il quale la luce non è ancora riuscita a penetrare in 13,7 miliardi di anni di esistenza dell'Universo.
Inoltre, Juan Maldacena, un fisico teorico dell'Università di Princeton, è stato in grado di dimostrare che le stesse leggi fisiche opereranno in un ipotetico universo a cinque dimensioni come nello spazio quadridimensionale.
Secondo la teoria di Hogan, il principio olografico dell'esistenza dell'Universo cambia radicalmente la nostra immagine familiare dello spazio-tempo. Per molto tempo, i fisici teorici hanno creduto che gli effetti quantistici potessero far pulsare lo spaziotempo in modo caotico su scala irrisoria.
A questo livello di pulsazione, il tessuto del continuum spazio-temporale diventa "granuloso" e come se fosse composto dalle particelle più piccole, simili a pixel, solo centinaia di miliardi di miliardi di volte più piccoli di un protone. Questa misura di lunghezza è nota come "lunghezza di Planck" e rappresenta la cifra di 10-35 m.
Allo stato attuale, le leggi fisiche fondamentali sono state testate empiricamente fino a distanze di 10-17, e la lunghezza di Planck era considerata irraggiungibile, finché Hogan non si rese conto che il principio olografico cambia tutto.
Se il continuum spazio-temporale è un ologramma granulare, allora l'Universo può essere rappresentato come una sfera, la cui superficie esterna è coperta dalle superfici più piccole lunghe 10-35 m, ciascuna delle quali trasporta un'informazione.
Il principio olografico dice che la quantità di informazioni che coprono la parte esterna della sfera-Universo deve corrispondere al numero di bit di informazioni contenute nella maggior parte dell'Universo.
Poiché il volume dell'universo sferico è molto più grande della sua intera superficie esterna, sorge la domanda: come è possibile osservare questo principio? Hogan ha suggerito che i bit di informazione che compongono l '"interno" dell'universo dovrebbero essere più grandi della lunghezza di Planck. "In altre parole, l'universo olografico è come un'immagine sfocata", dice Hogan.
Per chi cerca le particelle più piccole dello spazio-tempo, questa è una buona notizia. "Contrariamente alle aspettative popolari, la struttura quantistica microscopica è prontamente disponibile per lo studio", ha detto Hogan.
Mentre le particelle con dimensioni uguali alla lunghezza di Planck non possono essere rilevate, la proiezione olografica di questi "grani" è di circa 10-16 M. Quando lo scienziato ha fatto tutte queste conclusioni, si è chiesto se fosse possibile determinare sperimentalmente questa sfocatura olografica dello spazio. tempo. E poi GEO600 è venuto in soccorso.
Dispositivi come il GEO600, che sono in grado di rilevare le onde gravitazionali, funzionano secondo il seguente principio: se un'onda gravitazionale lo attraversa, allungherà lo spazio in una direzione e lo comprimerà nell'altra.
Per misurare la forma d'onda, gli scienziati dirigono un raggio laser attraverso uno speciale specchio chiamato divisore di raggio. Divide il raggio laser in due raggi, che passano attraverso le aste perpendicolari di 600 metri e ritornano indietro.
I raggi di ritorno si combinano nuovamente in uno e creano uno schema di interferenza di aree chiare e scure, dove le onde luminose scompaiono o si rafforzano a vicenda. Qualsiasi cambiamento nella posizione di queste sezioni indica che la lunghezza relativa delle barre è cambiata. Le variazioni di lunghezza inferiori al diametro di un protone possono essere rilevate sperimentalmente.
Se il GEO600 rilevasse effettivamente il rumore olografico dalle vibrazioni quantistiche dello spazio-tempo, sarebbe un'arma a doppio taglio per i ricercatori: da un lato, il rumore interferirebbe con i loro tentativi di "catturare" le onde gravitazionali.
D'altra parte, questo potrebbe significare che i ricercatori sono stati in grado di fare una scoperta molto più fondamentale di quanto inizialmente pensato. Tuttavia, c'è una certa ironia del destino: il dispositivo, progettato per catturare le onde che sono conseguenza dell'interazione dei più grandi oggetti astronomici, ha trovato qualcosa di microscopico come i "granelli" dello spazio-tempo.
Più a lungo gli scienziati non sono in grado di svelare il mistero del rumore olografico, più diventa acuta la questione di condurre ulteriori ricerche in questa direzione. Una delle possibilità di ricerca può essere la progettazione del cosiddetto interferometro atomico, il cui principio di funzionamento è simile a quello del GEO600, ma al posto di un raggio laser verrà utilizzato un flusso di atomi a bassa temperatura.
Cosa significherà per l'umanità la scoperta del rumore olografico? Hogan è fiducioso che l'umanità sia a un passo dal rilevare un quanto di tempo. "Questo è l'intervallo di tempo più piccolo possibile: la lunghezza di Planck divisa per la velocità della luce", dice lo scienziato.
Tuttavia, soprattutto la possibile scoperta aiuterà i ricercatori a cercare di combinare la meccanica quantistica e la teoria della gravità di Einstein. La più popolare nel mondo scientifico è la teoria delle stringhe, che, secondo gli scienziati, aiuterà a descrivere tutto ciò che accade nell'universo a un livello fondamentale.
Hogan concorda sul fatto che se i principi olografici saranno provati, d'ora in poi nessun approccio allo studio della gravità quantistica sarà considerato al di fuori del contesto dei principi olografici. Al contrario, sarà l'impulso per le dimostrazioni della teoria delle stringhe e della teoria delle matrici.
"Forse abbiamo la prima prova di come lo spazio-tempo derivi dalla teoria quantistica nelle nostre mani", ha osservato lo scienziato.
