Ένα αμφιλεγόμενο πείραμα δεν βλέπει καμία απόδειξη ότι το σύμπαν είναι ένα ολόγραμμα
Είναι μια κλασική ιστορία αουτσάιντερ:Δουλεύοντας σε μια αχρηστευμένη σήραγγα με μερικά λέιζερ και μερικούς καθρέφτες, μια τυχερή ομάδα φυσικών ονειρεύτηκε έναν τρόπο να δοκιμάσει μια από τις πιο τρελλές ιδέες στη θεωρητική φυσική - μια ιδέα από το σχεδόν ανεξιχνίαστο βασίλειο του " θεωρία χορδών» ότι το σύμπαν μας μπορεί να είναι σαν ένα τεράστιο ολόγραμμα. Ωστόσο, η επιστήμη δεν απολαμβάνει τα συναισθηματικά αγαπημένα. Μετά από χρόνια διερεύνησης του ιστού του χωροχρόνου για ένα σήμα της «ολογραφικής αρχής», οι ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermilab) στη Μπαταβία του Ιλινόις, βρέθηκαν κενοί, όπως θα αναφέρουν αύριο στο εργαστήριο.
Το μηδενικό αποτέλεσμα δεν θα εκπλήξει πολλούς ανθρώπους, καθώς ορισμένοι από τους εφευρέτες της αρχής είχαν παραπονεθεί ότι το πείραμα, το ολόμετρο Fermilab $2,5 εκατομμυρίων, δεν μπορούσε να το δοκιμάσει. Αλλά ο Γιανμπέι Τσεν, θεωρητικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην Πασαντένα, λέει ότι το πείραμα και ο εφευρέτης του, ο θεωρητικός του Fermilab, Κρεγκ Χόγκαν, αξίζουν κάποια εύσημα για την προσπάθεια. «Τουλάχιστον κάνει κάποια προσπάθεια για να κάνει ένα πειραματικό τεστ», λέει ο Chen. "Πιστεύω ότι πρέπει να κάνουμε περισσότερα από αυτό, και αν οι θεωρητικοί χορδών παραπονιούνται ότι αυτό δεν δοκιμάζει αυτό που κάνουν, καλά, μπορούν να βρουν τα δικά τους τεστ."
Η ολογραφική αρχή πηγάζει από τη θεωρητική μελέτη των μαύρων οπών, σφαιρικών περιοχών όπου η βαρύτητα είναι τόσο έντονη που ούτε το φως μπορεί να διαφύγει. Οι θεωρητικοί συνειδητοποίησαν ότι μια μαύρη τρύπα έχει μια ποσότητα αταξίας, ή εντροπίας, που είναι ανάλογη με το εμβαδόν της επιφάνειάς της. Καθώς η εντροπία σχετίζεται με το περιεχόμενο πληροφοριών, ορισμένοι θεωρητικοί πρότειναν ότι μια σύνδεση περιοχής πληροφοριών μπορεί να επεκταθεί σε οποιονδήποτε σωστά καθορισμένο όγκο χώρου και χρόνου ή χωροχρόνου. Έτσι, μιλώντας χοντροκομμένα, η μέγιστη ποσότητα πληροφοριών που περιέχεται σε μια τρισδιάστατη περιοχή του χώρου θα ήταν ανάλογη της δισδιάστατης επιφάνειας της. Το σύμπαν θα λειτουργούσε τότε λίγο σαν ένα ολόγραμμα, στο οποίο ένα μοτίβο 2D καταγράφει μια τρισδιάστατη εικόνα.
Αν αληθεύει, η αρχή μπορεί να καθοδηγήσει τους θεωρητικούς χορδών στη μεγάλη τους προσπάθεια να συγχωνεύσουν τις θεωρίες της βαρύτητας και της κβαντικής μηχανικής. Και θα υπονοούσε, μάλλον εκπληκτικά, ότι η συνολική ποσότητα πληροφοριών στο παρατηρήσιμο σύμπαν είναι πεπερασμένη.
Το 2009 ο Hogan ονειρεύτηκε έναν τρόπο να δοκιμάσει την ιδέα. Ένας τρόπος με τον οποίο μπορεί να προκύψει η ολογραφική αρχή, σκέφτηκε, είναι εάν οι συντεταγμένες σε διαφορετικές κατευθύνσεις —πάνω-κάτω, εμπρός-πίσω, δεξιά-αριστερά— υπακούουν σε μια σχέση κβαντομηχανικής αβεβαιότητας λίγο σαν τη διάσημη αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, η οποία δηλώνει ότι δεν μπορεί να γνωρίζει ταυτόχρονα και τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου όπως ένα ηλεκτρόνιο. Εάν ναι, τότε θα είναι αδύνατο να καθοριστεί με ακρίβεια μια τρισδιάστατη θέση, τουλάχιστον σε πολύ μικρές κλίμακες των 10 μέτρων.
Ο Χόγκαν υπολόγισε ότι μπορούσε να εντοπίσει το φαινόμενο χρησιμοποιώντας οπτικές συσκευές σχήματος L γνωστές ως συμβολόμετρα, στις οποίες το φως λέιζερ χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του σχετικού μήκους των δύο βραχιόνων μιας συσκευής σε ένα κλάσμα του πλάτους ενός ατόμου. Αν ήταν αδύνατο να καθοριστεί ακριβώς η θέση, τότε ο «ολογραφικός θόρυβος» θα έπρεπε να προκαλέσει την έξοδο ενός συμβολόμετρου να κουνιέται με συχνότητα εκατομμυρίων κύκλων ανά δευτερόλεπτο, υποστήριξε. Εάν δύο παρεμβολόμετρα τοποθετούνταν πλάτη με πλάτη, θα δειγματίζονταν διακριτοί όγκοι χωροχρόνου και ο ολογραφικός τους θόρυβος θα ήταν ασύνδετος. Αλλά αν ήταν φωλιασμένα το ένα μέσα στο άλλο, τα συμβολόμετρα θα διερευνούσαν τον ίδιο όγκο χωροχρόνου και ο ολογραφικός θόρυβος θα συσχετίστηκε. Και αν τα συμβολόμετρα ήταν αρκετά μεγάλα, αυτός ο συσχετιζόμενος ολογραφικός θόρυβος θα πρέπει να ενισχυθεί αποτελεσματικά σε παρατηρήσιμες κλίμακες.
Τώρα, ο Hogan, ο πειραματιστής της Fermilab, Aaron Chou, και οι συνεργάτες του έκαναν τη μέτρηση με συμβολόμετρα με βραχίονες μήκους 39 μέτρων. Δυστυχώς για αυτούς, δεν βρίσκουν στοιχεία ολογραφικού θορύβου. «Δεν φαίνεται ένας συσχετισμός που θα αποδίδατε σε νέα φαινόμενα φυσικής», λέει ο Lee McCuller, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο στο Ιλινόις, ο οποίος θα παρουσιάσει το αποτέλεσμα σε μια ομιλία στο εργαστήριο.
Ωστόσο, το τι σημαίνει το μηδενικό αποτέλεσμα παραμένει ασαφές. Ο Chen λέει ότι ποτέ δεν έχει καταλάβει πλήρως ούτε πώς ακριβώς λειτουργεί το πείραμα ούτε τη θεωρία του Hogan για το πώς προέρχεται η ολογραφική αρχή. Αυτό που πραγματικά χρειάζεται είναι κάποιο είδος γενικής ανάλυσης για τους τύπους θεωριών που μπορεί και δεν μπορεί να δοκιμάσει το πείραμα, λέει.
Από την πλευρά του, ο Χόγκαν λέει ότι το πείραμα έφτασε στην ευαισθησία που στόχευε, δείχνοντας ότι η τεχνική έχει τη δυνατότητα να κάνει περαιτέρω μετρήσεις. "Για μένα, τα μεγάλα νέα είναι ότι έχουμε μια τεχνική για τη μέτρηση του χωροχρόνου σε αυτό το επίπεδο", λέει.
Στην πραγματικότητα, λέει, το ολόμετρο μπορεί να αναδιαμορφωθεί ώστε να μην αναζητά μια εγγενή αβεβαιότητα στις θέσεις, αλλά μάλλον για ένα τρεμόπαιγμα στον γωνιακό προσανατολισμό στο χωροχρόνο - κατά την άποψή του ένα άλλο πιθανό σημάδι ολογραφικού θορύβου. Ίσως οι αουτσάιντερ να έχουν ακόμα μια ευκαιρία, τελικά.
