Un experimento científico de científicos alemanes llamado GEO600 para buscar ondas gravitacionales, que ha estado ocurriendo durante siete años, ha dado lugar a resultados inesperados, según la revista New Scientist.
Con la ayuda de un dispositivo especial, un interferómetro, los físicos iban a confirmar científicamente una de las conclusiones de la teoría de la relatividad de Einstein.
Según esta teoría, existen las llamadas ondas gravitacionales en el Universo: perturbaciones del campo gravitacional, “ondas” del tejido del espacio-tiempo.
Al propagarse a la velocidad de la luz, las ondas gravitacionales presuntamente generan movimientos de masa desiguales de grandes objetos astronómicos: la formación o colisiones de agujeros negros, explosiones de supernovas, etc.
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La ciencia explica la inobservabilidad de las ondas gravitacionales por el hecho de que los efectos gravitacionales son más débiles que los electromagnéticos. Los científicos, que comenzaron su experimento en 2002, esperaban detectar estas ondas gravitacionales, que luego podrían convertirse en una fuente de información valiosa sobre la llamada materia oscura, que básicamente consiste en nuestro Universo.
Hasta ahora, GEO600 no ha podido detectar ondas gravitacionales, sin embargo, aparentemente, los científicos con la ayuda del dispositivo lograron hacer el mayor descubrimiento en el campo de la física en el último medio siglo.
Durante muchos meses, los expertos no pudieron explicar la naturaleza de los extraños ruidos que interfieren con el funcionamiento del interferómetro, hasta que de repente un físico del laboratorio científico del Fermilab ofreció una explicación.
Según la hipótesis de Craig Hogan, el aparato GEO600 chocó con el límite fundamental del continuo espacio-tiempo, el punto en el que el espacio-tiempo deja de ser un continuo continuo descrito por Einstein y se desintegra en "granos", como si una fotografía, ampliada varias veces, se convirtiera en un grupo de puntos separados. …
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"Parece que GEO600 tropezó con fluctuaciones cuánticas microscópicas del espacio-tiempo", sugirió Hogan.
Si esta información no le parece lo suficientemente sensacional, siga escuchando: "Si GEO600 se topa con lo que supongo, significa que vivimos en un holograma espacial gigante".
La sola idea de que vivimos en un holograma puede parecer ridícula y absurda, pero es solo una continuación lógica de nuestra comprensión de la naturaleza de los agujeros negros, basada en una base teórica completamente demostrable.
Curiosamente, la "teoría del holograma" ayudaría significativamente a los físicos a explicar finalmente cómo funciona el universo a un nivel fundamental.
Los hologramas que nos son familiares (como, por ejemplo, en las tarjetas de crédito) se aplican a una superficie bidimensional, que comienza a parecer tridimensional cuando un rayo de luz la golpea en cierto ángulo.
En la década de 1990, el premio Nobel de Física Gerardt Huft de la Universidad de Utrecht (Países Bajos) y Leonard Susskind de la Universidad de Stanford (EE. UU.) Sugirieron que un principio similar podría aplicarse al universo en su conjunto. Nuestra propia existencia diaria puede ser una proyección holográfica de procesos físicos que ocurren en un espacio bidimensional.
Es muy difícil creer en el "principio holográfico" de la estructura del Universo: es difícil imaginar que te estás despertando, cepillándote los dientes, leyendo periódicos o viendo la televisión solo porque varios objetos espaciales gigantes chocaron entre sí en algún lugar de los límites del Universo.
Nadie sabe todavía qué significará para nosotros “la vida en un holograma”, pero los físicos teóricos tienen muchas razones para creer que ciertos aspectos de los principios holográficos del funcionamiento del Universo son una realidad.
Las conclusiones de los científicos se basan en un estudio fundamental de las propiedades de los agujeros negros, que fueron realizados por el famoso físico teórico Stephen Hawking junto a Roger Penrose.
A mediados de la década de 1970, el científico estudió las leyes fundamentales que rigen el universo y demostró que de la teoría de la relatividad de Einstein se desprende un espacio-tiempo que comienza en el Big Bang y termina en agujeros negros.
Estos resultados apuntan a la necesidad de combinar el estudio de la teoría de la relatividad con la teoría cuántica. Una de las consecuencias de esta combinación es la afirmación de que los agujeros negros en realidad no son completamente "negros": de hecho, emiten radiación, lo que conduce a su evaporación gradual y completa desaparición.
Por tanto, surge una paradoja, llamada "paradoja de la información de los agujeros negros": el agujero negro formado pierde su masa, irradiando energía. Cuando un agujero negro desaparece, se pierde toda la información que absorbió. Sin embargo, de acuerdo con las leyes de la física cuántica, la información no se puede perder por completo.
El contraargumento de Hawking: la intensidad de los campos gravitacionales de los agujeros negros es incomprensible hasta ahora corresponde a las leyes de la física cuántica. El colega de Hawking, el físico Bekenstein, ha presentado una hipótesis importante que ayuda a resolver esta paradoja.
Hizo la hipótesis de que un agujero negro tiene una entropía proporcional al área de la superficie de su radio condicional. Esta es una especie de área teórica que enmascara el agujero negro y marca el punto de no retorno de materia o luz. Los físicos teóricos han demostrado que las fluctuaciones cuánticas microscópicas del radio condicional de un agujero negro pueden codificar información dentro de un agujero negro, por lo que no hay pérdida de información que se encuentre en un agujero negro en el momento de su evaporación y desaparición.
Por lo tanto, se puede suponer que la información tridimensional sobre la sustancia original se puede codificar completamente en el radio bidimensional del agujero negro formado después de su muerte, aproximadamente como se codifica una imagen tridimensional de un objeto utilizando un holograma bidimensional.
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Zuskind y Huft fueron aún más lejos, aplicando esta teoría a la estructura del Universo, basándose en el hecho de que el espacio también tiene un radio condicional, un plano límite, más allá del cual la luz aún no ha logrado penetrar en 13,7 mil millones de años de existencia del Universo.
Además, Juan Maldacena, físico teórico de la Universidad de Princeton, pudo demostrar que las mismas leyes físicas operarán en un hipotético universo de cinco dimensiones que en un espacio de cuatro dimensiones.
Según la teoría de Hogan, el principio holográfico de la existencia del Universo cambia radicalmente nuestra imagen familiar del espacio-tiempo. Durante mucho tiempo, los físicos teóricos creyeron que los efectos cuánticos podrían hacer que el espacio-tiempo pulsara caóticamente en una escala insignificante.
A este nivel de pulsación, el tejido del continuo espacio-tiempo se vuelve "granulado" y como si estuviera hecho de las partículas más pequeñas, similares a píxeles, sólo cientos de miles de millones de veces más pequeñas que un protón. Esta medida de longitud se conoce como la "longitud de Planck" y representa la cifra de 10-35 m.
Actualmente, las leyes físicas fundamentales se han probado empíricamente hasta distancias de 10-17, y la longitud de Planck se consideró inalcanzable hasta que Hogan se dio cuenta de que el principio holográfico lo cambia todo.
Si el continuo espacio-tiempo es un holograma granulado, entonces el Universo puede representarse como una esfera, cuya superficie exterior está cubierta con las superficies más pequeñas de 10 a 35 m de largo, cada una de las cuales lleva una pieza de información.
El principio holográfico dice que la cantidad de información que cubre la parte exterior de la esfera-Universo debe coincidir con la cantidad de bits de información contenidos dentro del Universo volumétrico.
Dado que el volumen del universo esférico es mucho mayor que toda su superficie exterior, surge la pregunta, ¿cómo es posible observar este principio? Hogan sugirió que los bits de información que componen el "interior" del universo deberían ser más grandes que la longitud de Planck. “En otras palabras, el universo holográfico es como una imagen borrosa”, dice Hogan.
Para aquellos que buscan las partículas más pequeñas del espacio-tiempo, esta es una buena noticia. “Contrariamente a las expectativas populares, la estructura cuántica microscópica está disponible para su estudio”, dijo Hogan.
Si bien no se pueden detectar partículas con dimensiones iguales a la longitud de Planck, la proyección holográfica de estos "granos" es de aproximadamente 10-16 m. Cuando el científico llegó a todas estas conclusiones, se preguntó si era posible determinar experimentalmente este borrón holográfico del espacio. hora. Y luego GEO600 vino al rescate.
Los dispositivos como el GEO600, que son capaces de detectar ondas gravitacionales, funcionan según el siguiente principio: si una onda gravitacional pasa a través de él, estirará el espacio en una dirección y lo comprimirá en la otra.
Para medir la forma de onda, los científicos dirigen un rayo láser a través de un espejo especial llamado divisor de haz. Divide el rayo láser en dos rayos, que pasan a través de las barras perpendiculares de 600 metros y regresan.
Los rayos que regresan se combinan en uno nuevamente y crean un patrón de interferencia de áreas claras y oscuras, donde las ondas de luz desaparecen o se refuerzan entre sí. Cualquier cambio en la posición de estas secciones indica que la longitud relativa de las barras ha cambiado. Los cambios en la longitud menores que el diámetro de un protón pueden detectarse experimentalmente.
Si el GEO600 efectivamente detectara ruido holográfico de vibraciones cuánticas del espacio-tiempo, sería un arma de doble filo para los investigadores: por un lado, el ruido interferiría con sus intentos de "atrapar" ondas gravitacionales.
Por otro lado, esto podría significar que los investigadores pudieron hacer un descubrimiento mucho más fundamental de lo que se pensó originalmente. Sin embargo, hay una cierta ironía del destino: un dispositivo diseñado para capturar las ondas que son consecuencia de la interacción de los objetos astronómicos más grandes, encontró algo tan microscópico como los "granos" del espacio-tiempo.
Cuanto más tiempo los científicos no puedan desentrañar el misterio del ruido holográfico, más aguda se vuelve la cuestión de realizar más investigaciones en esta dirección. Una de las posibilidades de investigación puede ser el diseño del llamado interferómetro atómico, cuyo principio de funcionamiento es similar al del GEO600, pero en lugar de un rayo láser se utilizará una corriente de átomos a baja temperatura.
¿Qué significará para la humanidad el descubrimiento del ruido holográfico? Hogan confía en que la humanidad está a un paso de detectar una cantidad de tiempo. “Este es el intervalo de tiempo más pequeño posible: la longitud de Planck dividida por la velocidad de la luz”, dice el científico.
Sin embargo, sobre todo el posible descubrimiento ayudará a los investigadores que intentan combinar la mecánica cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein. La más popular en el mundo científico es la teoría de cuerdas, que, según creen los científicos, ayudará a describir todo lo que sucede en el universo a un nivel fundamental.
Hogan está de acuerdo en que si se prueban los principios holográficos, en lo sucesivo ningún enfoque del estudio de la gravedad cuántica se considerará fuera del contexto de los principios holográficos. Por el contrario, será el ímpetu para las pruebas de la teoría de cuerdas y la teoría de matrices.
“Quizás tengamos en nuestras manos la primera evidencia de cómo el espacio-tiempo se desprende de la teoría cuántica”, señaló el científico.
