ASTROFIZIKA

Pripremio: Ilijana Jakšić

Da li je laser GEO600 utvrdio pojam vremena u svemiru?

Svemir kao niz crta

Južno od Hanovera, Nemačka, odvija se eksperiment otkrivanja gravitacionih talasa pomoću lasera GEO600. U jednom uglu polja je grupa četvrtastih privremenih građevina sa dva dugačka rova postavljena pod pravim uglom, prekrivena izbrazdanim gvožđem. Ispod metalnih ploča se nalazi detektor širine 600 m.

Krejg Hogar

U proteklih sedam godina, ovim projektom pokušano je otkrivanje gravitacionih talasa u svemiru koje oslobađaju astronomski objekti velike gustine, kao što su crne rupe ili neutronske zvezde - preciznije, zvezdani ostaci koji mogi da nastanu usled gravitacionog kolapsa masivne zvezde.

Stručnjaci oko GEO600 pokušavaju da saznaju više o zvucima koji mesecima ometaju rad džinovskog detektora. A zatim se iznenada ukazuje objašnjenje. Prema mišljenju Krega Hogana, fizičara iz Ilinoisa, SAD, GEO600 je naleteo na fundamentalni limit svemirskog vremena, tačku u kojoj se vreme u svemiru više ne ponaša kao neprekidna konstanta, kako ga je opisao Ajnštajn. Umesto toga, svemirsko vreme se razlaže na „zrna“, na sličan način na koji se fotografija iz novina pretvara u skup tačaka prilikom zumiranja. Hogan smatra da je GEO600 praktično izložen napadima mikroskopskih kvantnih trzaja svemirskog vremena.

Dodatno, on tvrdi da živimo u ogromnom kosmičkom hologramu, pod uslovom da se ispostavi da su rezultati GEO600 onakvi kakve on očekuje. Ideja da se naš život odvija u hologramu zvuči apsurdno, ali je to samo prirodni nastavak našeg poimanja crnih rupa.

Hvatanje ukoštac sa teorijama funkcionisanja univerzuma, počevši od najosnovnijeg nivoa, bilo je korisno za fizičare. Hologrami koje vidimo na kreditnim karticama su ugravirani na dvodimenzionalnoj plastičnoj foliji. Kad se svetlost odbija od folije, stvara se trodimenzionalni efekat (3D). Fizičari Leonard Saskind i Gerard Huft su još devedestih nagovestili da se isti princip može odnositi na univerzum kao celinu: naše svakodnevno iskustvo može biti hologramska projekcija fizičkih procesa koji se odigravaju na udaljenoj dvodimenzionalnoj površini.

Informacioni paradoks crne rupe

Teško je poverovati, na primer, da se svakog jutra budimo i umivamo zbog izvesnih dešavanja na granici univerzuma. Niko ne zna šta bi za nas značilo da zaista živimo u hologramu. Ipak, teoretičari imaju valjane razloge da veruju da su mnogi aspekti hologramskog principa tačni… Neobična ideja Saskinda i Hufta motivisana je radom Jakoba Bekenštajna, iz Izraela, i Stivena Hokinga, Univerzitet u Kembridžu, ne temu crnih rupa. Sredinom sedamdesetih, Hoking je dokazao da crne rupe nisu u potpunosti crne, već polako emituju radijaciju, što je uzrok njihovog isparavanja i konačnog nestanka. Sve ovo je uzrok prave zagonetke jer otkrivena radijacija ne prenosi nikakve informacije o unutrašnjosti crne rupe. Kad crna rupa nestane, gubimo sve informacije o zvezdi koja je prouzrokovala stvaranje te rupe, što je činjenica u suprotnosti sa široko rasprostranjenim principom da se informacije ne mogu uništiti. Ova pojava je poznata kao informacioni paradoks crne rupe.

Bekenštajnov rad se pokazao značajnim za rešavanje pomenutog paradoksa. On je otkrio da je entropija crne rupe proporcionalna površini njenog horizonta događaja. Crna rupa je okružena horizontom događaja, a to je granica u prostoru i vremenu, definisana u odnosu na posmatrača, iza koje događaji ne mogu da utiču na posmatrača. Iz te površine ne može izaći nikakav oblik materije ili energije. Drugim rečima, nemoguće je izaći van horizonta događaja. Naučnici smatraju da se informacije unutar crne rupe kodiraju pa ne dolazi do misterioznog nestanka podataka nakon što crna rupa nestane.

Sve ovo omogućava dublji uvid u termine fizike: 3D informacija o prethodnoj zvezdi može se u potpunosti kodirati u 2D horizontu crne rupe koja nastaje kao posledica. Saskind i Huft su zasnovali svoje principe na činjenici da i kosmos ima horizont događaja, ili granicu iza koje svetlost nije mogla da stigne do nas u toku životnog veka univerzuma od 13,7 milijardi godina.

Zamagljeni hologramski univerzum

Teoretičari su dugo verovali da će kvantni efekti biti uzrok vremenskih “trzaja“ u svemiru. Struktura svemirskog vremena postaje „zrnasta“, sastoji se od manjih jedinica nalik pikselima, koje su stotinu biliona puta manje od protona. To se naziva Plankovom dužinom, a iznosi 10-35 m. Plankova dužina je izvan domašaja bilo kakvog eksperimenta tako da se niko nije usuđivao ni da sanja o pukom primećivanju svemirskog vremena. Sve dok Hogan nije shvatio da hologramski princip sve menja. Ukoliko je vreme u kosmosu zrnasti hologram, onda možemo razmišljati o svemiru kao sferi čija je spoljašnjost obložena kvadratima veličine Plankove dužine. Svaki kvadratić sadrži određeni deo informacija. Hologramski princip zastupa teoriju da količina informacija sa spoljašnje strane mora da se poklopi sa brojem delića koji se nalaze sa unutrašnje strane obima univerzuma.

Ali, pošto je obim sfernog kosmosa mnogo veći od njegove spoljašnje površine, kako tvrdnja iz prethodne rečenice može biti istinita? Da bi broj delova unutar univerzuma bio ekvivalentan njihovom broju na granici istog, unutrašnji svet bi morao da se sastoji od zrna koja su veća od Plankove dužine. Drugim rečima, hologramski univerzum je zamagljen.

Ovo je dobra vest za one koji pokušavaju da istraže najmanju jedinicu svemirskog vremena. Hogan kaže da mikroskopska kvantna struktura, u suprotnosti sa svim iščekivanjima, nije više van dometa eksperimenata. Dok je Plankova dužina previše mala da bi se mogla detektovati, hologramska projekcija je mnogo veća (reč je o veličini od 10-16 m). Nakon što je Hogan to shvatio, zapitao se: da li bi neki eksperiment mogao da detektuje hologramsku „zamrljanost“ svemirskog vremena.

“Zrnasto” vreme nedokučivog

Detektori gravitacionih talasa kao što je uređaj GEO600 su veoma osetljivi. Ukoliko gravitacioni talas prođe kroz GEO600, naizmenično će „razvući“ prostor u jednom pravcu a „sabiti“ ga u drugom. Da bi se to izmerilo, ispaljuje se laserski snop kroz posrebreno ogledalo. Snop se „razbija“ na dva zraka, koji se prenose uspravnim kracima instrumenta, dužine 600 m, i vraćaju nazad. Pri povratku, zraci svetlosti se ponovo spajaju pa se stvara šema svetlih i tamnih oblasti gde se svetlosni talasi međusobno potiru ili ojačavaju. Svaka promena pozicije ovih oblasti ukazuje na promenu dužine kraka.

Da li je moguće otkriti hologramsku projekciju zrnastog svemirskog vremena? Od ukupno pet detektora gravitacionih talasa širom sveta, englesko-nemački projekat GEO600 bi trebalo da je najosetljiviji. Ukoliko vremenski trzaji budu uticali na laserski snop koji razbija svetlost u dva pravca, to će biti uočljivo.

Hogan je otkrio izvesnu buku na uređaju i odmah podelio ovo otkriće sa stručnjacima koja sprovodi eksperiment GEO600. I oni su naveli da su primetili zvuke frekvencije od 300 do 1500 Hz, koje ne mogu da identifikuju. Naučnici su se složili da nepoznate zvuke uzrokuju kvantne konvulzije, ali niko ne tvrdi da je pronađen dokaz da živimo u hologramskom univerzumu. Moguće je da je nešto drugo prouzrokovalo neidentifikovane zvuke?

Ukoliko je GEO600 zaista otkrio hologramsku buku kvantnih konvulzije svemirskog vremena, onda je u pitanju mač sa dve oštrice za istraživače gravitacionih talasa. Sa druge strane, to može biti još fundamentalnije otkriće jer ogromni uređaji za traženje mogućeg oblika radioaktivnosti nikad nisu otkrili tako nešto. Umesto toga, otkriveno je da neutrini (elementarne čestice) mogu prelaziti iz jedne vrste u drugu, što je važno za utvrđivanje postanka univerzuma.

Niska cena plaćanja

Ako je Hogan u pravu, hologramska buka će uticati na sposobnost uređaja GEO600 da otkrije gravitacione talase. Njegov kolega Denzmen je optimista i smatra da je to cena koju moraju da plate da bi istražili zanimljivu i nedokučivu pojavu vremena u svemiru.

Što je veća zagonetka, jača je motivacija da se napravi instrument koji će istražiti hologramsku buku. Džon Krejmer, Vašingtonski univerzitet, Sijetl, SAD, se slaže sa ovom tvrdnjom. Po Krejmerovom mišljenju, prava je slučajnost to što su Hoganova predviđanja bila u skladu sa eksperimentom GEO600, a bilo bi bolje da su se istraživanja fokusirala na merenja i karakteristike hologramske buke i sa tim povezane fenomene.

Sudeći po Hoganu, jedna od mogućnosti je korišćenje uređaja koji se naziva atomski interferometar. Ova naprava funkcioniše po istom principu kao detektori zasnovani na laseru, ali koristi zrake ultrahladnih atoma a ne lasersku svetlost. Atomski interferometar je manjih dimenzija (i cene) jer se atomi ponašaju kao talasi mnogo manje talasne dužine od svetlosnih.

Šta u osnovi znači eventualno otkriće hologramske buke? To se može uporediti sa otkrićem neočekivanih zvukova antena u Nju Džerziju 1964. godine. Ispostavilo se da je ta buka kosmička mikrotalasna pozadina, odsjaj vatrene lopte Velikog praska. Ovo otkriće je potvrdilo Veliki prasak i otvorilo novo polje rada u kosmologiji. Hogan je vrlo precizan kad je ova tema u pitanju i smatra da je posredi najmanji mogući vremenski interval (Plankova dužina podeljena sa brzinom svetlosti). Štaviše, potvrda hologramskog principa bila bi od velike pomoći istraživačima koji pokušavaju da ujedine kvantnu mehaniku i Ajnštajnovu teoriju gravitacije.

Ilijana Jakšić