• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Czy dotarliśmy do granic rozdzielczości rzeczywistości?

    04.11.2010. 21:03
    opublikowane przez: Jakub Juranek

    Jeśli Wszechświat jest hologramem, być może właśnie dotarliśmy do granic rozdzielczości rzeczywistości. Niektórzy fizycy proponują intrygującą hipotezę, postulującą, że czasoprzestrzeń w której żyjemy, nie jest ostatecznie ciągła, lecz, podobnie jak obraz pochodzący z cyfrowego zdjęcia, na najbardziej podstawowym poziomie składa się ze swoistych "ziaren" lub "pikseli". Jeśli tak jest w istocie, nasza rzeczywistość posiada pewne ostateczne granice "rozdzielczości". Niewyjaśniony "szum", który pojawił się niedawno w wynikach pochodzących z detektora fal grawitacyjnych Geo600, interpretowany jest przez pewnych badaczy, jako osiągnięcie właśnie przez nasze instrumenty tej dolnej granicy rozdzielczości czasoprzestrzeni. By zweryfikować tę niezwykłą hipotezę, Craig Hogan, fizyk zajmujący się między innymi falami grawitacyjnymi, z Fermilab, konstruuje właśnie najdokładniejszy na świecie interferometr, który już niedługo będzie w stanie dać nam najprecyzyjniejszy osiągalny pomiar samej podstawowej istoty czasoprzestrzeni.

    Fizyka niezwykłych obiektów jakimi są czarne dziury zdaje się wskazywać, jak sugerują niektóre modele matematyczne, że nasz Wszechświat wcale nie jest trójwymiarowy. Pomimo tego, co mówią nam nasze zmysły, otaczająca nas rzeczywistość może być hologramem - projekcją, w istocie dwuwymiarowej, odległej płaszczyzny. Jeśli to właśnie ten obraz Wszechświata jest prawdziwy, iluzja trójwymiarowości czasoprzestrzeni, może zostać obalona gdy tylko instrumenty badawcze jakimi dysponujemy, staną się odpowiednio czułe. Craig Hogan, profesor fizyki, który poświęcił lata pracy na badanie podstawowej struktury Wszechświata, sugeruje, że poziom ten został właśnie osiągnięty.

    Chociaż teoretyczne zaburzenia ciągłości czasoprzestrzeni, czyli jej swoista "ziarnistość" lub "pikselizacja", są poniekąd przewidywane także przez innych teoretyków, snujących swe rozważania poza paradygmatem holograficznego Wszechświata, różnica pomiędzy ich postulatami, a tymi opartymi na hipotezie o holograficznej naturze rzeczywistości, kryje się w skali. W tradycyjnych ujęciach, najmniejszą jednostką odległości, mającą sens fizyczny, jest długość Plancka, wynosząca metra, będąca wielkością tak małą, że znajdującą się daleko poza zasięgiem naszej obserwacji. Jednak gdy przyjmie się założenie o Wszechświecie jako hologramie, jak robi to Hogan, przewidywana wielkość podstawowej "pikseli" budującej rzeczywistość, jest znacznie większa niż długość Plancka i wynosi "aż" metra. Według przewidywań teoretycznych Hogana, to właśnie w tej skali występują podstawowe drgania czasoprzestrzeni, które, co najważniejsze, są już możliwe do zarejestrowania przez posiadaną przez nas aparaturę.

    Przewidywania dotyczące holograficznej natury Wszechświata opierają się jak dotychczas tylko na obliczeniach matematycznych i chociaż jest to w fizyce zjawisko częste, wydaje się, że nadeszła już pora zweryfikować tę teorię, za pomocą twardych danych, pochodzących z obserwacji i eksperymentów. Bodźcem dla profesora Hogana, by ostatecznie zweryfikować tą teorię stały się zaobserwowane kilkanaście miesięcy temu "szumy", jakie pojawiają się w wynikach niemieckiego detektora grawitonów Geo600. Niewyjaśniony "szum" może oczywiście mieć różne pochodzenie, najczęściej jego przyczyn upatruje się w niedoskonałości samych pomiarów, które wymuszają wciąż lepszą kalibrację i stałe udoskonalanie przyrządów. Co ciekawe jednak, w tym przypadku, obserwowane w wynikach pochodzących z Geo600 zakłócenia, odpowiadają w dużej mierze swoją charakterystyką, wcześniejszym teoretycznym predykcjom Hogana.

    Profesor Hogan, pracujący obecnie w Fermilab, postanowił więc zbudować własne urządzenia, które mogłoby poddać jego hipotezę empirycznej weryfikacji. Jego zamiarem jest skonstruowanie najbardziej wrażliwego na świecie kompletu dwóch identycznych interferometrów, zdolnych dokonać najbardziej precyzyjnego dotychczas pomiaru czasoprzestrzeni. Swoje urządzenie, będące w zamiarze najczulszą wersją wynalezionego pod koniec dziewiętnastego wieku interferometru Michelsona, Hogan nazywa "holometrem". Nazwa ta nawiązuję elegancko zarówno do siedemnastowiecznego narzędzia geodezyjnego, mającego zbierać wszystkie możliwe pomiary "na ziemi i niebie", jak i koncepcji holograficznego Wszechświata.

    Dzięki zakładanej dokładności i jasno sprecyzowanemu zadaniu (znane są teoretyczne wskazania częstotliwości na których powinien być obserwowany "szum holograficzny") "holometr", czyli "holograficzny interferometr", będzie mimo wszystko mniejszy, od innych swoich współczesnych konkurentów. Pomimo to, ma charakteryzować się niezwykłą precyzją, przykładowo dokładność jego pomiarów w czasie (jego odcinkach w jakich zaobserwować będzie można zakłócenia czasoprzestrzenne) będzie o siedem rzędów wielkości wyższa, niż najlepszych współczesnych zegarów atomowych. Precyzja ta jest oczywiście niezbędna, ponieważ desynchronizacja wykrywana przez "holometr" dotyczyć będzie drgań samej czasoprzestrzeni.

    Działanie "holometru", podobnie jak innych współczesnych interferometrów, opierać się będzie na wykorzystaniu promienia lasera, rozdzielanego na dwie wiązki, emitowane wzdłuż dwóch ramion " tuneli próżniowych. W przypadku "holometru" długość tych tuneli wynosić będzie czterdzieści metrów. Na końcu każdego ramienia umieszczone będzie zwierciadło, odbijające wiązkę lasera z powrotem w kierunku emisji, do detektora. Każda najmniejsza wibracja zmieni właściwości rozdzielonych wiązek docierających do detektora, analiza częstotliwości tych desynchronizacji, będzie podstawą wyciągania wniosków o naturze wywołujących ją czynników.

    Największym wyzwaniem zespołu Hogana będzie dowiedzenie, że wykryte przez niego efekty, nie pochodzą po prostu z zakłóceń wywołanych przez czynniki spoza eksperymentalnego otoczenia, lecz są wynikiem drgania "fundamentów" czasoprzestrzeni. Dlatego też, zwierciadła zastosowane w interferometrze, synchronizowane będą z częstotliwościami wszystkich, najdrobniejszych szumów, pochodzących spoza instrumentu, wykrywanych przez specjalne czujniki.

    Chociaż profesor Hogan pozostaje entuzjastycznie nastawiony do swego projektu, może okazać się, że inni naukowcy, na przykład ci pracujący przy wykrywaczu grawitonów Geo600, ubiegną go w weryfikacji jego teorii, wykazując na przykład inne, niż przewidywane przez hipotezę "holograficzną", źródło szumów ujawnionych przez ich instrument. Niezależnie jednak od tego, który zespół badaczy wcześniej opublikuje swoje wyniki, a także niezależnie od tego, jakie one będą, sfalsyfikowanie lub nie, hipotezy o holograficznej naturze Wszechświata, będzie stanowić niezwykle ważny krok dla fizyki oraz tego, jak postrzegać będziemy w przyszłości rzeczywistości, w której żyjemy.

    Więcej na temat teorii Wszechświata jako hologramu można przeczytać także tutaj.
    Doniesienia na temat budowy "holometru" i planowanych eksperymentów (w języku angielskim) można znaleźć również na stronie magazynu
    symmetry powstającego we współpracy z Fermilab, oraz na portalu Wired.
    Czytelnicy bardziej zaawansowani w dziedzinie fizyki, sięgnąć mogą do oryginalnej pracy
    Craiga Hogana:
    Hogan, C. (2010). Holographic Noise in Interferometers. arXiv:0905.4803v8| PDF

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Wielki Kolaps (inne nazwy: Wielka Zapaść, Wielki Kres i Wielki Krach, Wielki Skurcz, z ang. Big Crunch) – jedna z hipotez kosmologicznych opisujących koniec istnienia Wszechświata. Zakłada on, że proces rozszerzania Wszechświata nie będzie przebiegać wiecznie. W pewnym momencie, pod wpływem grawitacji jego rozszerzanie się ustanie i rozpocznie się proces do niego odwrotny – "kurczenie się Wszechświata". Przebieg kurczenia się Wszechświata, zgodnie z hipotezą Wielkiego Kolapsu, podzielić będzie można na etapy: Wieloświat (multiwersum, multiświat, metawszechświat, super-wszechświat, multiwszechświat, ultrawszechświat) – zbiór wszelkich możliwych wszechświatów, zawierający w sobie wszystko inne (w tym wszystkie możliwe, potencjalne – niezależnie od rozważanych czasoprzestrzeni lub wymiarów, w których się znajdują – wszechświaty; w tym także tak zwane wszechświaty równoległe). Do powstania tej definicji doprowadziła idea istnienia innych wszechświatów oprócz naszego. Tunel czasoprzestrzenny (ang. wormhole), początkowo też nazywany mostem Einsteina-Rosena – hipotetyczna właściwość topologiczna czasoprzestrzeni będąca rodzajem „skrótu” pomiędzy co najmniej dwoma obszarami Wszechświata lub rodzajem mostu łączącego wszechświaty. Tunele czasoprzestrzenne są przedmiotem poszukiwań i sporów współczesnych fizyków. Nie zanotowano dotąd żadnych obserwacyjnych wskazówek na ich istnienie, choć ogólna teoria względności Alberta Einsteina dopuszcza istnienie tuneli w niektórych modelach czasoprzestrzeni.

    Kosmiczny ryk (ang. space roar) – zjawisko naturalne wykryte w formie sygnału radiowego pochodzącego z kosmosu. „Kosmiczny ryk” został odkryty przez zespół NASA pod kierownictwem Alana Koguta, a jego odkrycie zostało publicznie ogłoszone w czasie 213 spotkania American Astronomical Society w styczniu 2009. Zjawisko, opisane jako „głośny syk” (ang. loud hiss), zostało odkryte przypadkowo w czasie prób pomiarów temperatury pierwszych gwiazd Wszechświata w ramach programu Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics, and Diffuse Emission. Same kosmiczne sygnały radiowe odkryto już wcześniej, na przykład z radiogalaktyk, ale „kosmiczny ryk” jest sześciokrotnie głośniejszy niż przewidywały go teoretyczne wyliczenia. Do tej pory nie znaleziono źródła lub źródeł tego sygnału, na razie jako jego źródła zostały wykluczone pierwsze gwiazdy Wszechświata i wszystkie inne znane kosmiczne źródła radiowe. Z powodu jego znacznej siły „kosmiczny ryk” w znacznym stopniu uniemożliwia badanie pierwszych gwiazd przy użyciu współczesnych technologii. Azathoth – postać fantastyczna z twórczości H.P. Lovecrafta, jeden z Bogów Zewnętrznych. Określany jako "Ślepy Bóg-Idiota" (ang. Blind Idiot-God), jest najpotężniejszą istotą we wszechświecie, chociaż jest ślepy i bezmyślny. Lovecraft głupotę tego boga utożsamia z niedoskonałością wszechświata i skorumpowaną ludzkością. Nazywany także Istotą Ostatecznego Chaosu, jego wygląd nie jest dokładnie znany, choć opisywany jest jako bezkształtna góra macek z jedną ręką dzierżacą flet, którym wygrywa melodię zdolną do tworzenia i niszczenia wszystkich tworów. Przebywa gdzieś na skraju wszechświata lub w świecie równoległym, w obłąkanej spirali chaosu. Dookoła niego tańczą legiony bezkształtnych bogów-tancerzy, reagujących podrygami na melodię instrumentu dzierżonego przez Azathotha.

    Śmierć cieplna Wszechświata (Wielki Chłód) – hipoteza zakładająca kres Wszechświata w wyniku osiągnięcia stanu termicznej równowagi. Stan ten jest konsekwencją dążenia entropii – w izolowanym układzie termodynamicznym – do stanu maksymalnego. Termin ten został po raz pierwszy użyty przez Hermanna von Helmholtza na podstawie wniosków Rudolfa Clausiusa wynikających z II zasady termodynamiki. Zasada kopernikańska – zasada filozoficzna, według której położenie Ziemi we wszechświecie nie jest w żaden sposób uprzywilejowane. Nazwa pochodzi od nazwiska Mikołaja Kopernika, który zapostulował odejście od geocentrycznego modelu Wszechświata i zastąpienie go takim, w którym Ziemia jest tylko jednym z ciał krążących wokół Słońca (przyjął jednak, że to Słońce stanowi centrum Wszechświata).

    Dodano: 04.11.2010. 21:03  


    Najnowsze