האם היקום שלנו הוא הולגרמה ענקית?

הכל התחיל עם:

Platzhalter Einstein-Online-Logo

  ועם תורת היחסות הכללית:

equation

ועם גלי הכבידה שאותם הוא ניבא אחר כך: עיוותים במרחב-זמן שמתפשטים בחלל כגלים.

מאז עלו וצצו כל מיני רעיונות (לא פחות?…) מוזרים.

כמו למשל:

Our world may be a giant hologram

 זוהי כותרת של מאמר שהופיע אתמול בכתב העת למדע פופולארי:

New Scientist

Issue 2691 of New Scientist magazine 

אבל מזה זמן רב מדברים במחוזות הכבידה הקוואנטית אודות היקום כהולוגרמה, במובן של ה”עקרון ההולוגראפי”, שנבע ממה שקרוי “פרדוקס השמדת המידע” בתחום החורים השחורים.

עתה הרעיון של יקום הולוגראפי צץ ועלה שוב, וכל זאת בגלל מתקן מחוץ לעיר הגרמנית הנובר: שתי תעלות ניצבות זו לזו ושמתפרשות לאורך של 600 מטר כל אחת ומכוסות בברזל, כאשר מתחתן ישנו גלאי. במשך שבע שנים הגלאי מחפש אחר גלי הכבידה, אותם גלים מיסתוריים שנעים במהירות האור, שאותם יוצרים חורים שחורים ומסות ביקום והם מתפשטים במרחב-זמן ומעוותים אותו במחזוריות. גלי כבידה עדיין לא נתגלו, אבל סבורים שהמכשיר שקרוי GEO600 יתכן וביצע את התגלית החשובה ביותר מזה מחצית המאה. ולכן הופיע הפרסום בכתב העת New Scientists אתמול. 

ומה הבעיה? בניסויים לרוב מופיעים רעשי רקע, הפרעות, ויברציות, תנודות, גורמים סביבתיים מפריעים, וכולי. השאלה היא: האם הטעויות והגורמים המפריעים האלה הם במסגרת הטעויות הסטטיסטיות – בכמה התוצאה נמצאת בסטיית התקן מהתוצאה המצופה – או האם מדובר ברעשים שמצביעים על איזושהי תופעה פיזיקאלית מסוימת?

כדי לדעת האם מדובר ברעשי רקע או אולי יתכן שמדובר ברעש שמצביע על איזושהי תופעה פיזיקאלית ביקום, בדרך כלל משווים למדידות קודמות, משווים עם מדידות נוספות תוך שימוש במכשור מדידה נוסף, מבצעים את הניסוי בתנאי מדידה אחרים: בטמפרטורות שונות, בלחץ שונה וכדומה.

מזה זמן רב היה רעש טורדני לא מוסבר בין בערך 300 ל-1400Hz במכשיר הגלאי GEO600 וחוקר ממעבדת הפיזיקה של החלקיקים על שם פרמי מאילינוי בשם קרייג הוגן Craig Hogan

עורר זעזוע קטן בכך שהוא התחיל לשים לב לרעש הזה וגם נתן לו פירוש תיאורטי.

הוא סבר שהרעש הזה שהמכשיר מראה הוא “רעש הולוגראפי” והוא מצביע על כך שכולנו חיים ביקום שהוא מבחינה קוסמית הולוגרמה ענקית, כי בעולם הולוגראפי תוצאה כזו (רעש בתדירויות כאלה) ישירות ובדיוק מודדת את אינטרבל הזמן. 

אם אכן הרעש הזה בניסוי שמבוצע ב-GEO600 יתברר כאכן כך, אזי מסיקים שאנו חיים בהולוגרמה קוסמית ענקית. הרעיון שאנו חיים בתוך הולוגרמה כנראה נשמע מופרך, אבל הוא הרחבה טבעית של הנחתנו את החורים השחורים, ולכן משהו – יש הטוענים – בעל קרקע תיאורטית מוצקה. הרעיון גם סייע לפיזיקאים בהבנת פעולתו של היקום ברמה הקוואנטית הבסיסית.

ההולוגרמות שאותן אנו מוצאים טבועות על כרטיסי אשראי, למשל, חרוטות על שכבות סרט דו ממדיות מפלסטיק. כאשר האור פוגע בהן ומוחזר מהן, הוא יוצר מחדש את הופעת הדמות התלת-ממדית. בשנות התשעים הפיזיקאי לאונרד זוסקינד Susskind Leonard 

Leonard Susskind

וזוכה פרס הנובל ג’ררד ט’ הופט Gerardus ‘t Hooft

November 2008

הציעו שאותו העקרון בדיוק (לא כרטיסי האשראי כמובן… אלא העקרון ההולגראפי) עשוי להיות מיושם ליקום שלנו ככללו.

יעקב בקנשטיין מסביר זאת במאמר בעברית:

 “חורים שחורים ומידע ביקום הולוגרפי”

חוויית היומיום שלנו כולה עשויה להיות היטל הולוגראפי של תהליכים פיזיקאליים שמתרחשים על גבי משטח דו-ממדי רחוק.

עקרון הולוגראפי” זה, כותבים לנו ב-New Scientist, מערער את ההגיון והשכל הישר שלנו. קשה להאמין שנתעורר בבוקר, נצחצח שיניים ונקרא מאמר זה בדיוק רק בגלל משהו שלמעשה מתרחש בשפות היקום ולא כאן.

אם אנחנו באמת חיים בתוך הולוגרמה הכל מתערער עבורנו, אבל טוען המאמר כאן שלתיאורטיקנים יש סיבות טובות להאמין שאספקטים רבים של העקרון ההולוגראפי הם נכונים.

ראוי כאן להבהיר שלומר שאנו חיים בתוך הולוגרמה ענקית זה בדיוק כמו לומר שניתן לראות אטום או מולקולה בעזרת מיקרוסקופים חדישים מתחום הננוטכנולוגיה. אין להתייחס כאן למושג ההולוגרמה מנקודת המבט הריאליסטית-אובייקטיבית טהורה. המושג “לראות” מקבל משמעות חדשה והוא לא לראות ממש בצורה ישירה בעזרת חוש הראיה. באותו האופן, מחר בבוקר לא נקום ונגלה שהיקום כולו השתנה למעין בית קולנוע תלת ממדי שונה למדי. המושג הולוגרמה מקבל כאן משמעות שונה מעט, ומדובר ביקום לפי משמעות העקרון של הולוגרמה: מידע תלת-ממדי שמקודד על יד גלים על פני שכבה דו-ממדית.

וכך, הרעיון של זוסקינד והופט בכלל התעורר מעבודתם של יעקב בקנשטיין שלנו מהאוניברסיטה העברית ושל סטיבן הוקינג מאוניברסיטת קיימבריג’ אודות פרדוקס בנושא החורים שחורים (מה שכאמור, קרוי פרדוקס השמדת המידע של חורים שחורים).

מידע תלת ממדי אודות כוכב קודם לגמרי מקודד באופק האירועים הדו-ממי של החור השחור שבא אחר כך. וזה הזכיר את הדמות התלת-ממדית של עצם שמקודדת בהולוגרמה דו-ממדית.

זוסקינד והופט הרחיבו את הרעיון ליקום כולו על בסיס הרעיון שליקום יש אופק אירועים גם כן, כמו לחור השחור: שפות היקום שמעבר להן לאור לא היה עדיין זמן להגיע אלינו במהלך ההתפשטות של היקום החל מהמפץ הגדול לפני 13.7 מיליארד שנה.

אם אנו חיים ביקום הולוגראפי ניתן לדעת זאת על ידי טשטוש במרחב-זמן. וכאן נכנס הניסוי. הניסוי מורכב מגלאי לגילוי גלי כבידה. גלאי הכבידה שקרוי: GEO600   

אם גל הכבידה עובר דרך הגלאי הוא פעם ימתח את המרחב בכיוון אחד ופעם יכווצו באחר. כדי למדוד זאת הצוות יורה לייזר בודד בגלאי שהוא אינטרפרומטר דרך מראה חצי מוכספת (מפצל קרניים). הקרן מתפצלת לשתי קרניים, שחוצות את זרועות המכשיר באורך של 600 מטר – זרועות שהן ניצבות זו לזו והן נעות הלוך ושוב. קרני האור במסען חזרה מתמזגות במפצל האור כדי לתת תמונת התאבכות, תבנית של פסי התאבכות כהים ובהירים. שם קרני האור או שהן מבטלות זו את זו או שהן מעצימות זו את זו. כל הזזה או רעש בתבנית ההתאבכות מראה על שינוי באורך הדרך שעברו קרני האור. ואז נתקבל רעש וקם החוקר קרייג הוגן וטען שמקור הרעש הוא שהיקום שלנו הוא הולוגראפי. ואולי – כפי שנאמר קודם – הרעש נבע מפלוקטואציות בטמפרטורה במכשיר? או מגורמים אחרים?…

בתחילה אם כן היו התוצאות:

Phys. Rev. D 77, 104031 (2008) [7 pages]

Measurement of quantum fluctuations in geometry

Craig J. Hogan
University of Washington, Seattle, Washington 98195-1580, USA

Received 21 December 2007; published 28 May 2008

A particular form for the quantum indeterminacy of relative spacetime position of events is derived from the context of a holographic geometry with a minimum length at the Planck scale. The indeterminacy predicts fluctuations from a classically defined geometry in the form of “holographic noise” whose spatial character, absolute normalization, and spectrum are predicted with no parameters. The noise has a distinctive transverse spatial shear signature and a flat power spectral density given by the Planck time. An interferometer signal displays noise due to the uncertainty of relative positions of reflection events. The noise corresponds to an accumulation of phase offset with time that mimics a random walk of those optical elements that change the orientation of a wavefront. It only appears in measurements that compare transverse positions and does not appear at all in purely radial position measurements. A lower bound on holographic noise follows from a covariant upper bound on gravitational entropy. The predicted holographic noise spectrum is estimated to be comparable to measured noise in the currently operating interferometric gravitational-wave detector GEO600. Because of its transverse character, holographic noise is reduced relative to gravitational wave effects in other interferometer designs, such as the LIGO observatories, where beam power is much less in the beam splitter than in the arms.

©2008 The American Physical Society

  

ביוני 2008 הוגן הציע שמדובר ביקום הולוגראפי:

Phys. Rev. D 78, 087501 (2008) [4 pages]

Indeterminacy of holographic quantum geometry

Craig J. Hogan
University of Chicago and Fermilab

Received 6 June 2008; revised 23 September 2008; published 30 October 2008

An effective theory based on wave optics is used to describe indeterminacy of position in holographic spacetime with a UV cutoff at the Planck scale. Wave functions describing spacetime positions are modeled as complex disturbances of quasimonochromatic radiation. It is shown that the product of standard deviations of two position wave functions in the plane of a holographic light sheet is equal to the product of their normal separation and the Planck length. For macroscopically separated positions the transverse uncertainty is much larger than the Planck length, and is predicted to be observable as a “holographic noise” in relative position with a distinctive shear spatial character, and an absolutely normalized frequency spectrum with no parameters once the fundamental wavelength is fixed from the theory of gravitational thermodynamics. The spectrum of holographic noise is estimated for the GEO600 interferometric gravitational-wave detector and is shown to approximately account for currently unexplained noise between about 300 and 1400 Hz. In a holographic world, this result directly and precisely measures the fundamental minimum interval of time.

©2008 The American Physical Society

הניסוי לגילוי גלי כבידה:

If GEO600 really has discovered holographic noise from quantum convulsions of space-time, then it presents a double-edged sword for gravitational wave researchers. One on hand, the noise will handicap their attempts to detect gravitational waves. On the other, it could represent an even more fundamental discovery.

Such a situation would not be unprecedented in physics.

זרועות הגלאי הניצבות באורך של 600 מטר כל אחת:

Bird's-eye view 

האם שלושת הממדים שלנו הם רק אשליה? לפי הגלאי הזה יתכן שאנחנו רק היטלים… 

Advertisements

0 thoughts on “האם היקום שלנו הוא הולגרמה ענקית?

  1. אלא אם כן לא שמתי לב – לא ציינת את דייויד בוהם, ואת קארל פריברם, וגם לא את הספר של מייקל טלבוט “היקום ההולוגרפי – המהפיכה הרוחנית במדע”.
    האם יש סיבה לכך?

  2. לא אין סיבה.
    הסקירה שביצעתי כאן היא לא מקיפה בכלל, אלא היא סיכום קצר שמביא רק את עיקרי התחום לאור מאמר שפורסם אתמול, סליחה כבר שלשום…

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s