Raphael Bousso: Vesolje je hologram

Predvajaj

foto: NASA

Znanstveniki z orjaškimi pospeševalniki delcev in zmogljivimi teleskopi prodirajo vse globlje v naravo materije in vesolja. Kljub temu pa že 100 let ne znajo rešiti enega največjih problemov sodobne znanosti.

Dve kraljevi teoriji moderne fizike, Einsteinova teorija relativnosti in kvantna mehanika, ne sodita skupaj. Sta kot olje in voda, ki ju ni mogoče zmešati skupaj v enoten opis stvarnosti. In tako raziskovalci že celo stoletje iščejo rešitev tega problema, pri tem pa razvijajo teorije, ki so velikokrat bolj nenavadne od domišljije same.

Ena takšnih se imenuje hologramski princip in brez sramu predvideva, da je naše vesolje pravzaprav gromozanski hologram in je naše dojemanje realnosti s tremi razsežnostmi le iluzija, ki jo ustvarjajo zakoni narave na oddaljenih robovih kozmosa.

Kakorkoli težko si je predstavljati, da bi bil lahko naš svet nekakšen privid, pa teorija vesolja v obliki holograma ni bizarni umotvor čudaških fizikov, ki so pri iskanju dokončne fizikalne teorije izgubili stik z realnostjo, ampak izhaja iz podrobnega preučevanja narave črnih lukenj.

Ti skrivnostni objekti, ki nastanejo iz umrlih zvezd in imajo tako močno gravitacijsko polje, da ne more uiti z njega niti svetloba, so tudi mesto, kjer se trenutne fizikalne enačbe zlomijo. Nekateri znanstveniki zato menijo, da bi z razumevanjem narave črnih lukenj dobili tudi ključ do razumevanja celotnega vesolja. Ideja o hologramskem vesolju se je pravzaprav porodila iz prepira o naravi črnih lukenj med slavnim britanskim fizikom Stephenom Hawkingom in manj znanim nizozemskim fizikom Gerard ‘t Hooftom in Američanom Leonardom Susskindom.

Hawking je trdil, da črne luknje, ki za vekomaj požrešno pogoltnejo vse, kar pride v njihovo bližino, obenem uničijo tudi vso informacijo o materiji in energiji. Po vseh veljavnih zakonih fizike pa se informacija nikoli ne more izgubiti, zato je Hawkingow informacijski paradoks črne luknje močno jezil številne fizike, ki niso mogli sprejeti tega, da bi lahko informacija v črnih luknjah preprosto izginila.

V sredini 90-tih pa sta t’ Hooft in Susskind končno odkrila morebitno rešitev informacijskega paradoksa črnih lukenj. Izračunala sta, da bi bila informacija o vsebini črne luknje lahko v resnici shranjena na njenem površju. To pa pomeni, da bi lahko bila črna luknja nekakšen hologram. Vsi, ki ste že kdaj videli kakšen hologram, veste, da je to dvodimenzionalna slika, ki ustvarja iluzijo tridimenzionalnega objekta.

Verjetno je najslavnejši primer hologram iz filmske trilogije Vojna zvezd. V nekem prizoru  robot Luku Skywalkerju predvaja hologramski posnetek princese Leie, ki prosi za pomoč. Malokdo pa bi ob gledanju tega filma pomislil, da je morda tudi naše vesolje hologramska iluzija. Kajti če črne luknje res shranjujejo na svoji dvodimenzionalni površini vse informacije o svoji vsebini s tremi razsežnostmi, mogoče za vesolje velja enako.

Če je teorija hologramskega vesolja pravilna, potem je vse, kar se dogaja v našem kozmosu, skupaj z vsemi atomi, planeti, zvezdami in nami, samo hologramska projekcija informacij, ki so zapisane na robovih vesolja. To bi pomenilo tudi, da stvarnost v resnici nima treh dimenzij, kot smo vajeni iz vsakdanjega življenja, ampak samo dve dimenziji, tretja dimenzija pa je hologramska fatamorgana.

V tem primeru smo mi sami hologramska projekcija svojih dvodimenzionalnih  dvojčkov, ki živijo na robu vesolja. Smo v tem primeru sploh resnični? Jasno je, da teorija hologramskega vesolja riše precej bizarno sliko stvarnosti, kljub temu pa je znanstveniki ne morejo kar odpraviti z zamahom roke, saj temelji na trdni matematični izpeljavi nekaterih logičnih zakonov narave. Drugo vprašanje je, ali bi lahko za to eksotično teorijo našli tudi trdne dokaze.

Leta 2009 je britansko-nemška ekipa znanstvenikov iz Centra za gravitacijsko fiziko v Nemčiji sporočila, da so s svojim detektorjem gravitacijskih valov zaznali signale, ki bi lahko bili dokaz, da vesolje deluje kot hologram, vendar so bili signali preveč dvoumni, da bi jih lahko jasno razložili.

Na drugi strani Atlantika pa v ameriškem fizikalnem raziskovalnem središču Fermilab profesor Craig Hogan gradi napravo z imenom holometer, ki bi lahko zaznala hologramske sledi v prostor-času. Zgodba torej še zdaleč ni končana in vprašanje o naravi vesolja še ni rešeno. Pripravite se torej na to, da ste konec koncev mogoče samo hologramska iluzija, ki je predvajana s platna na robu vesolja.

Raphael Buosso. Foto: Berkeley

INTERVJU: Profesor Raphael Bousso poučuje in raziskuje na Kalifornijski univerzi v Berkeleyju.

Zamisel, da bi lahko bilo naše vesolje nekakšen hologram, se res zdi nenavadna. Kako verjetna se vam zdi ta teorija, bi dali zanjo roko v ogenj?

Mislim, da je to, da je vesolje hologram, že precej uveljavljeno dejstvo. Tega, česa pa ne vemo dobro, je – zakaj je tako. Mogoče bi moral pojasniti, kaj mislim s tem, da je vesolje hologram. Po navadi pri shranjevanju informacij mislimo na to, koliko volumna za to potrebujemo. Če imamo na primer CD ali računalniški čip, potem za 1000-krat več informacij potrebujemo 1000-krat več CD-jev ali čipov, ki bi zavzemali 1000-krat večjo prostornino. V naravi pa kaže, da ni tako, da bi lahko z večanjem volumna shranjevali čedalje več informacij. Razlog za to je gravitacija. Če bi skupaj zbral zadostno število računalniških čipov, bi se sesedli v črno luknjo. In maksimalna količina informacije, ki bi jih lahko shranil nanje, preden bi se to zgodilo, bi bila sorazmerna površini, ki jo zaseda ta kup čipov. To imenujemo hologramski princip. Ta pravi, da je maksimalna količina informacije, ki jo lahko določena regija vsebuje, tolikšna, kot jo lahko projiciramo na njeno površino.

Kako bi nam lahko na najbolj preprost možen način razložili, kaj to pomeni, da je vesolje hologram? Si to sploh lahko predstavljamo?

Da, težko si je to predstavljati v glavi, čeprav si fizik, ki dela na tem področju. Razlog, da je tako težko, je v tem, da v fiziki obstaja še en princip, ki je zelo dobro preverjen in nam je na stotine let dobro služil. To je princip lokalnosti, hologramski princip pa na nek način nasprotuje principu lokalnosti. S principom lokalnosti mislim na to, da na primer neka stvar v enem kotu sobe ne more vplivati na stvari v drugem kotu sobe. Hologramski princip pa pravi, da so med oddaljenimi stvarmi vendarle neke nevidne povezave. Torej si to težko predstavlja ne samo laična javnost, ampak tudi fiziki.

Ali za to teorijo obstajajo kakšni dokazi, da bi lahko bila resnična?

Obstaja zelo veliko dokazov, da je hologramski princip resničen. Za vsak fizikalen sistem, ki smo ga kdajkoli preučevali – stol, miza, soba, galaksija, celotno vidno vesolje – velja, da zanj obstaja mejna količina informacij, ki jih lahko shrani. Torej je to zelo preverjen princip in kaže, da je brez dvoma resničen. Ovrglo bi ga lahko mogoče odkritje kakšne zelo eksotične vrste materije, ki pa je za zdaj še nismo videli. Torej je resnično, ne vemo pa, zakaj. Videti je celo kot nekakšna zarota. Za takšen splošen princip mora obstajati nek globlji razlog in prek njega bi lahko prišli do teorije kvantne gravitacije, ki je danes nimamo.

Bi imelo dejstvo, da je vesolje gromozanski hologram, tudi kakšne praktične posledice? Bi omogočilo potovanje po vesolju ali kaj podobnega?

V primeru praktičnih posledic – ali nam bo pomagal zgraditi boljše avtomobile ali pralne stroje – tega ne verjamem. Vsaj ne v zelo bližnji prihodnosti. Vendar pa pred sto leti tudi za Einsteinovo teorijo splošne relativnosti nihče ni verjel, da bo imela kakšne praktične posledice. Podobno velja za kvantno mehaniko. A ti dve teoriji sta pripeljali do tehnologije, ki nas danes obkroža vsepovsod – GPS, računalniki, itd. V končni fazi imajo osnovne raziskave ogromen vpliv na tehnologijo, zelo težko pa je napovedati, kakšen bo in kdaj bo prišel ta vpliv.

Predpostavimo, da vesolje res deluje po principu holograma. Kakšne posledice bi to imelo v bolj filozofskem smislu, glede dojemanja nas in realnosti?

Mislim, da že zdaj izziva en naš zelo dragocen predsodek o stvarnosti in sicer ta, da je svet lokalen in da so stvari, ki so prostorsko ločene, med seboj neodvisne. Ta občutek lokalnosti, ki nam je zelo dobro služil, ne velja več, ko postane gravitacija tako močna, da se sam prostor sesede vase. Razumeti, kako med sabo pobotati princip lokalnosti in hologramski princip, je ogromen izziv. Zelo težko je videti, kako bi bilo to mogoče. Ko bomo nekoč prišli do tega, bo to pomenilo revolucijo v našem razumevanju sveta.