Na první pohled to působí šíleně, ale na druhou stranu spočívá tvrzení o vesmírném hologramu na solidních teoretických základech a je jen přirozeným rozšířením našich současných poznatků o černých dírách.
S myšlenkou přišel Craig Hogen, ředitel Střediska částicové fyziky ve známém Fermilabu. On a jeho kolegové z německé laboratoře GEO 600 marně pátrali ve vesmíru po gravitačních vlnách. Společně však zjistili, že narazili na hranice časoprostoru...
Žijeme v hologramu?
Hologram je způsob záznamu obrazu, který nám umožňuje na dvourozměrné ploše zachytit trojrozměrnou podobu zobrazovaného objektu. Zjednodušeně řečeno: i na plochém "papíře" můžete zobrazit lidský obličej, který bude dokonale plastický. S hologramy se běžně setkáváme v každodenním životě, například na kreditních kartách či bankovkách.
S nápadem, že by vesmír mohl fungovat jako hologram, přišli již na počátku 90. let minulého století strunový teoretik Leonard Susskind a laureát Nobelovy ceny Gerard 't Hooft. Ve svých úvahách se nechali inspirovat průkopnickou prací o černých dírách, kterou v 70. letech odvedli Jacob Bekenstein a Stephen Hawking.
Gravitační vlny přitom předpověděl již v roce 1916 Albert Einstein. Jde o oscilace přediva samotného časoprostoru, způsobené pohybem velice hmotných objektů o extrémních hustotách, jako jsou například neutronové hvězdy či černé díry. Přestože na zemském povrchu pracuje hned několik zařízení určených k jejich detekci (kromě GEO 600 ještě LIGO, VIRGO, TAMA, AIGO), žádné z nich dosud nebylo úspěšné.
Kvantové chvění časoprostoru
V tomto ohledu není německá laboratoř GEO 600 žádnou výjimkou. Ovšem na rozdíl od jiných podobných experimentálních středisek trápí její vědce od počátku ještě jeden závažný problém – jejich detektor neustále zaznamenává šum, jehož podstatu zatím nikdo neumí vysvětlit. Ať se snažili sebevíc, jeho příčiny se jim dosud odhalit nepodařilo.
Všechno se zdálo marné, dokud je nekontaktoval Craig Hogen, který přišel, kulantně řečeno, s velmi netradičním řešením. "Zdá se, že s detektorem GEO 600 lomcují mikroskopické kvantové záškuby časoprostoru,“ říká na serveru časopisu New Scientist.
Podle Hogana německé zařízení narazilo na samé hranice časoprostoru, fundamentální omezení daná jeho kvantovou podstatou, kterým se nelze nijak vyhnout. Časoprostor se přestává chovat jako spojité kontinuum, tak jak jej popsal Einstein, ale jeho struktura začíná být zrnitá.
Podobného jevu si můžeme povšimnout například u fotografií v novinách, jakmile jsou zvětšeny, ihned se odhalí jejich zrnitá struktura složená z jednotlivých skvrn.
Tím ovšem Hogan zdaleka nekončí a tvrdí, že: "Jestliže jsou výsledky GEO 600 tím, co si myslíme, pak všichni žijeme v gigantickém kosmickém hologramu.“
Informační paradox černých děr
Stephen Hawking ukázal, že černé díry nejsou zas tak docela černé, jak by se z jejich názvu mohlo zdát. Naopak mohou vysílat tepelné záření (dnes zvané Hawkingovo), díky němuž se, pokud je k dispozici dostatečně dlouhý čas, mohou "vypařit“ a úplně zmizet.
Objevil se ale problém. Hawkingovo záření totiž v sobě neobsahuje žádnou informaci o vnitřku černé díry. Jakmile se tedy černá díra definitivně vypaří, spolu s ní by se měla nenávratně vytratit i informace o hvězdě, jejíž kolaps vznik černé díry způsobil. To ale odporuje široce přijímanému principu, že informaci nelze zničit.
K řešení tohoto ožehavého problému významnou měrou přispěl Jacob Bekenstein. Jako první si tehdy uvědomil, že entropie (míra neuspořádanosti) černé díry, kterou můžeme zároveň chápat i jako její informační obsah, je úměrná velikosti plochy horizontu událostí, oné pomyslné hranice, zpoza které nic (dokonce ani světlo) nemůže z černé díry uniknout. Pozdější teoretické studie založené na jeho práci ukázaly, že informace by mohla být zakódována v mikroskopickém kvantovém vlnění na povrchu černé díry.
Vše podstatné je na povrchu
Veškerá trojrozměrná informace z vnitřku černé díry by tedy měla být zaznamenána na jejím dvojrozměrném povrchu, což nápadně připomíná princip hologramu. Právě toho si v roce 1990 všimli Leonard Susskind a Gerard 't Hooft. Odtud byl už jen krůček k zobecnění holografického principu na celý vesmír.
Neobvyklý počáteční nápad nakonec oba vědce dovedl až k myšlence, podle které by mohla být veškerá informace obsažená v našem vesmíru (tedy všechny děje, které se v něm odehrávají, včetně vašich úvah nad tímto textem) zakódována na dvoudimenzionálním povrchu hypotetické koule obklopující vesmír.
Kosmické pixely – základ všeho dění
K tomu, aby se uvedená spekulace stala právoplatnou fyzikální teorií, jí ale ještě něco podstatného chybí. A sice důkaz. Po jeho stopách se rozhodl vydat již zmíněný Craig Hogen. Podle něj totiž holografický princip a jeho aplikace na celý vesmír zásadně mění naše představy o povaze časoprostoru.
Vychází přitom z poměrně jednoduché analogie. Předpokládá, že imaginární povrch vesmíru by měly tvořit elementární plošky, jakési kosmické pixely, obsahující vždy jen jeden bit informace. Pokud má vesmír fungovat opravdu jako hologram, pak v jeho objemu musí ke každému dvourozměrnému pixelu existovat jeho třídimenzionální protějšek, krychle elementární velikosti, tedy cosi jako základní stavební kámen prostoru. Kdybychom si opět vypůjčili termín z výpočetní techniky, můžeme těmto kostičkám říkat kosmické voxely.
Planckova délka a její holografická projekce
Nejmenší možnou vzdáleností, o které má smysl ještě fyzikálně uvažovat, je tzv. Planckova délka (10-35 m). Hogan se tedy celkem logicky domnívá, že rozměry kosmických pixelů jsou určeny právě touto hodnotou. Z toho ale vyplývá, že rozměry voxelů musí být větší, jinak by se totiž informace na povrchu nerovnala informaci obsažené v celém objemu v poměru jedna ku jedné (povrch koule je menší než její objem). Holografický vesmír je tedy oproti svému hraničnímu povrchu rozmazaný.
Hoganovi svitlo, že tohoto předpokladu lze využít ke zkoumání nejmenších jednotek časoprostoru, neboť, jak tvrdí (opět na serveru New Scientist): "díky tomu je mikroskopická kvantová struktura v dosahu nynějších experimentů.“
Planckova délka je pro detekci našimi přístroji příliš malá, ale její holografická "projekce“ do reálného prostoru by podle něj mohla být o mnoho větší, přibližně v řádu 10-16 metrů, tudíž bychom ji měli současnými experimentálními zařízeními rozlišit. Například detektorem GEO 600, ten se jeví, díky své výjimečné citlivosti, Craigu Hoganovi ze všech světových detektorů gravitačních vln pro jeho účely jako nejvhodnější.
A zpátky k šumu
Proto se Hogan tolik zajímá o šum, se kterým se již několik let marně potýkají němečtí experimentátoři. Domnívá se, že jeho příčinou by mohly být elementární kvantové vibrace časoprostoru. To by však v konečném důsledku mohlo též znamenat, že se náš vesmír chová jako hologram.
Pokud by se někdy jeho nevšední vize skutečně prokázaly, jistě by se to významně promítlo do našich představ o světě kolem nás. Sám Hogan je ale nesmírně opatrný a v žádném případě netvrdí, že by dospěl k nějakému definitivnímu důkazu. Šum na detektoru GEO 600 může mít i daleko prozaičtější vysvětlení. Ale jak se již ve vědě v minulosti mnohokrát potvrdilo, budoucnost přeje připraveným. I proto mají podobné, byť na první pohled možná poněkud fantaskní úvahy, při řešení fyzikálních problémů své opodstatnění.
Zdroje: www.newscientist.com, www.cardiff.ac.uk
