Ακολουθήστε την «ΑΥΓΗ»
Ο επιλεγμένος κατάλογος δεν υπάρχει πλέον.

Το Σύμπαν ολόγραμμα. Ζούμε σε μια ψευδαίσθηση;

Τι είναι τα ολογράμματα;

Τα ολογράμματα είναι δισδιάστατα αντικείμενα-επιφάνειες που μοιάζουν να έχουν «παγιδεύσει» μέσα τους τρισδιάστατες εικόνες. Σε αντίθεση με μια φωτογραφία, στην οποία η αποτυπωμένη εικόνα είναι «επίπεδη», δεν έχει προοπτική, σε ένα ολόγραμμα μπορούμε να δούμε, υπό κατάλληλη γωνία, πώς μοιάζει το αντικείμενο στις τρεις διαστάσεις. Η πληροφορία, δηλαδή, που είναι αποτυπωμένη σε ένα δισδιάστατο αντικείμενο είναι αρκετή ώστε να παρατηρείται και η τρίτη διάσταση.

Η Ολογραφία είναι μια τεχνική που εφευρέθηκε από τον Ουγγροβρετανό φυσικό Dennis Gabor στις αρχές τις δεκαετίας του 1950. Η τεχνική που περιέγραψε ο Gabor ήταν πρωτοποριακή για την εποχή και μάλιστα απαιτούσε εξοπλισμό που δεν ήταν ακόμα ευρέως διαθέσιμος, καθώς τα πρώτα λέιζερ που μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν εμφανίστηκαν μέσα στη δεκαετία του 1960. Το 1971, ο Gabor τιμήθηκε για την Ολογραφία με το Βραβείο Νόμπελ.

Η εικόνα της προοπτικής στον κόσμο γύρω μας δημιουργείται ως αποτέλεσμα των δύο ματιών μας. Κοιτώντας ένα αντικείμενο, στα μάτια μας σχηματίζονται εικόνες του από δύο ελαφρώς διαφορετικές θέσεις, με αποτέλεσμα ο εγκέφαλος να συνθέτει μια τρισδιάστατη απεικόνιση του κόσμου γύρω μας. Η αποτύπωση του φωτός που δέχεται μια κάμερα σε μια φωτογραφία δεν περιέχει αυτή την επιπλέον πληροφορία, με αποτέλεσμα οι εικόνες των φωτογραφιών να μην έχουν προοπτική. Τα ολογράμματα βρίσκονται κάπου στη μέση, μεταξύ των εικόνων όπως τις συλλέγουν τα μάτια μας και των «επίπεδων» φωτογραφιών.

Πλέον, ο καθένας μας έχει ένα ολόγραμμα μαζί του, καθώς η πιο ευρεία χρήση των ολογραμμάτων είναι στα χαρτονομίσματα. Η χρήση τους στις πιστωτικές κάρτες και στα χαρτονομίσματα εξασφαλίζει τη δύσκολη παραχάραξή τους. Φυσικά, τα ολογράμματα χρησιμοποιούνται ευρέως στην ψυχαγωγία και τη διακόσμηση (ολογραφικοί πίνακες, κοσμήματα κ.λπ.). Με μια τεχνική που ονομάζεται Ολογραφική Συμβολομετρία, δίνεται η δυνατότητα να αποθηκευτούν πολύπλοκα σχέδια μηχανών, πειραματικών διατάξεων κ.λπ., κάτι που είναι πολύ χρήσιμο σε επιστήμονες, μηχανολόγους κ.ά.

Σχήμα: Ολόγραμμα του Dennis Gabor, του εφευρέτη της Ολογραφίας, το οποίο βρίσκεται σε κτήριο του Πανεπιστημίου της Βουδαπέστης

Είναι το Σύμπαν ένα ολόγραμμα;

Οι εξελίξεις στην τεχνική της Ολογραφίας σύντομα επηρέασαν και τις έρευνες των επιστημόνων για τη δομή και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ο Gerard Τ’Hooft πρότεινε τη λεγόμενη Ολογραφική Αρχή. Σύμφωνα με αυτή, η πληροφορία που περιέχεται σε μια περιοχή του Σύμπαντος μπορεί να καθοριστεί από την πληροφορία που περιέχεται στην επιφάνεια που την περικλείει.

Αυτή η αρχή δίνει ένα πολύτιμο εργαλείο στους φυσικούς, καθώς είναι ευκολότερο να διαχειριστεί κανείς μαθηματικά μια επιφάνεια από ό,τι έναν όγκο. Λίγα χρόνια αργότερα, ο 29χρονος τότε Juan Martin Maldacena χρησιμοποίησε την Ολογραφική Αρχή για να συνδέσει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας με τη Θεωρία Χορδών. Ο Maldacena δημιούργησε ένα μοντέλο Σύμπαντος το οποίο καθορίζεται εξολοκλήρου από μια θεωρία κατασκευασμένη στο σύνορό του.

Τι εννοούμε σύνορο; Εάν σχεδιάσουμε έναν κύκλο σε ένα χαρτί, τότε ο κυκλικός δίσκος είναι μια επιφάνεια (δύο διαστάσεις), ενώ το σύνορό της είναι ο κύκλος, μια γραμμή μιας διάστασης. Αντιστοίχως, ένας όγκος (τρεις διαστάσεις) έχει ως σύνορο την επιφάνεια (δύο διαστάσεις) η οποία τον περικλείει. Στο Σύμπαν του Maldacena, η θεωρία που περιγράφει τον «κόσμο» στο δισδιάστατο σύνορο είναι μια κβαντική θεωρία. Το πρόβλημα με τις κβαντικές θεωρίες είναι ότι μέχρι στιγμής η Κβαντική Φυσική δεν έχει καταφέρει να ενσωματώσει τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας, η οποία γνωρίζουμε ότι περιγράφει τη βαρύτητα. Ωστόσο, το ενδιαφέρον είναι ότι στο μοντέλο του Maldacena, η επιλογή μιας Κβαντικής Φυσικής στο δισδιάστατο σύνορο έχει ως αποτέλεσμα να προκύπτει η βαρύτητα ως ιδιότητα στον περικλειόμενο όγκο, δηλαδή στο τρισδιάστατο Σύμπαν. Επομένως, η βαρύτητα εμπεριέχεται στον τρισδιάστατο χώρο με τον ίδιο τρόπο που εμπεριέχεται η πληροφορία της προοπτικής σε ένα ολόγραμμα τυπωμένο σε ένα δισδιάστατο φιλμ. Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό αποτέλεσμα, καθώς δίνει τη δυνατότητα να ενοποιηθεί η βαρύτητα με την Κβαντική Φυσική.

Ας μη βιαστούμε όμως ακόμα να πούμε ότι ζούμε σε ένα ολόγραμμα. Το μοντέλο του Maldacena αρχικά δεν περιέγραφε τον κόσμο όπως τον γνωρίζουμε. Έδωσε όμως το ερέθισμα σε επιστήμονες να αναζητήσουν πιθανές θεωρίες, πιθανά μοντέλα που θα μπορούσαν να αντιπροσωπεύουν το Σύμπαν μας. Σήμερα, μέσω των παρατηρήσεων των τελευταίων δεκαετιών, γνωρίζουμε ότι ένα ρεαλιστικό μοντέλο Σύμπαντος θα πρέπει να είναι συμβατό με τις παρατηρούμενες ιδιότητές του. Για παράδειγμα, για να είναι αποδεκτό το μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης, έπρεπε να αναζητηθεί στο Σύμπαν κάποιο είδος συνέπειας μιας τέτοιας αρχέγονης κοσμικής «έκρηξης».

Πράγματι, τo 1964 ανακαλύφθηκε η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, ακτινοβολία μικροκυμάτων η οποία παρατηρείται προς όλες τις κατευθύνσεις και υποδηλώνει ότι το Σύμπαν βρισκόταν σε μια αρχική πολύ θερμή κατάσταση. Πριν από μερικά χρόνια, η χαρτογράφησή της στο Σύμπαν με διαστημικές αποστολές έδειξε ότι οι παρατηρούμενες διακυμάνσεις στην κατανομή της επιβεβαιώνουν το μοντέλο τής Μεγάλης Έκρηξης. Οποιοδήποτε μοντέλο Σύμπαντος θα πρέπει να είναι συμβατό με την παρατηρούμενη κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου.

Προς αυτή την κατεύθυνση κινούνται οι ομάδες επιστημόνων που διερευνούν τα ολογραφικά Σύμπαντα. Πιο συγκεκριμένα, κατασκευάζοντας μοντέλα του πρώιμου Σύμπαντος, προσπαθούν να προβλέψουν τις επιπτώσεις που θα έχουν αυτά στην παρατηρούμενη ακτινοβολία υποβάθρου. Τα τελευταία «πειράματα» έχουν δείξει ότι συγκεκριμένα μοντέλα ολογραφικού πρώιμου Σύμπαντος θα μπορούσε να είναι πιθανά.

Σχήμα: Η κατανομή της κοσμικής ακτινοβολία υποβάθρου όπως μετρήθηκε από τον αποστολή WMAP της NASA


Ζούμε σε μια ψευδαίσθηση;

Πολλοί συγχέουν το ζήτημα του ολογραφικού Σύμπαντος με το αν όσα ζούμε είναι μια ψευδαίσθηση. Τα δύο ερωτήματα δεν είναι ταυτόσημα ούτε ισοδύναμα. Το κατά πόσο η πραγματικότητα είναι αντικειμενική ή είναι κατασκεύασμα του εγκεφάλου μας είναι κατά βάση ένα φιλοσοφικό ερώτημα. Είναι δεδομένο ότι οι αισθήσεις μας έχουν περιορισμούς και ο εγκέφαλος ανακατασκευάζει μια πραγματικότητα βάσει των ερεθισμάτων που διοχετεύονται σε αυτόν από τα αισθητήρια όργανά μας. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι ο κόσμος στον οποίο ζούμε δεν είναι πραγματικός. Επιπλέον, το ότι το Σύμπαν μπορεί να είναι ένα ολόγραμμα, όπως αναφέρθηκε και πιο πριν, έχει να κάνει με το πώς αναδύονται οι ιδιότητές του.

Φυσικά, όταν ανακοινώνονται τα αποτελέσματα μιας έρευνας, στεκόμαστε περισσότερο στα πιο εντυπωσιακά αποτελέσματά της και σε αυτά που έχουν τις πιο ακραίες επιπτώσεις. Μια σειρά από άρθρα που ασκούν κριτική στην τοποθέτηση ότι ζούμε σε ένα ολόγραμμα ξεκινούν από το προφανές: τα αποτελέσματα αφορούν ένα συγκεκριμένο μοντέλο, το οποίο εξέτασε η ομάδα, και η συμβατότητά του με κάποιες από τις παρατηρούμενες ιδιότητες του Σύμπαντος δεν συνιστά απόδειξη. Φυσικά, η σημασία των αποτελεσμάτων είναι μεγάλη και η έρευνα συνεχίζεται.

Είναι χαρακτηριστική η απάντηση του Niayesh Afshordi, ενός από τους επιστήμονες που προτείνουν το μοντέλο του ολογραφικού Σύμπαντος, όταν ρωτήθηκε αν ζούμε σε ένα ολόγραμμα: «Όχι, αλλά μπορεί να έχουμε προκύψει από ένα ολόγραμμα!»


Πώς κατασκευάζονται τα ολογράμματα;

Για την κατασκευή ενός ολογράμματος, απαιτείται μια διάταξη η οποία αποτελείται από μια πηγή φωτός λέιζερ και μια σειρά από κάτοπτρα. Η δέσμη λέιζερ αρχικά συναντά έναν διαχωριστή, έναν καθρέφτη δηλαδή από τον οποίο η μισή δέσμη περνά, ενώ η άλλη μισή ανακλάται και κατευθύνεται σε άλλο μονοπάτι. Η δέσμη που ανακλάται χρησιμοποιείται ως «δέσμη αναφοράς». Η άλλη μισή δέσμη κατευθύνεται προς στο αντικείμενο. Το φως που «ανακλάται» από κάθε σημείο τού αντικειμένου που φωτίζεται κατευθύνεται στο μέσο αποτύπωσης όπου συναντά τη δέσμη αναφοράς. Αυτό μας δίνει τη δυνατότητα να αντιλαμβανόμαστε πώς αλλάζει η δέσμη του λέιζερ λόγω του κάθε σημείου τού αντικειμένου που φωτίζεται. Με αυτό τον τρόπο, το ολόγραμμα μας δίνει την αίσθηση της προοπτικής. Είναι πολύ ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι, σε αντίθεση με τη φωτογραφία, όπου η εικόνα έχει μια συγκεκριμένη θέση και έκταση πάνω στο χαρτί, στο ολόγραμμα, η αποτύπωση της πληροφορίας γίνεται πάνω σε κάθε σημείο της επιφάνειας. Γι’ αυτό τον λόγο, αν, π.χ., κόψουμε ένα κομμάτι από το φιλμ στο οποίο είναι αποτυπωμένο το ολόγραμμα, το κάθε κομμάτι απεικονίζει και πάλι το αντικείμενο, δηλαδή το ολόγραμμα παραμένει ολόκληρο.

Σχήμα: Σχεδιάγραμμα της διάταξης για την κατασκευή ενός ολογράμματος


 

Οι τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις της φύσης

Όλες οι φυσικές διαδικασίες είναι αποτέλεσμα αλληλεπιδράσεων, οι οποίες μπορούν να αναχθούν σε τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις.

Ιστορικά, η πρώτη από αυτές τις δυνάμεις είναι η βαρύτητα, η οποία οφείλεται στην παρουσία της ύλης. Γίνεται αμέσως αντιληπτή στην καθημερινότητά μας και είναι η πρώτη που εξηγήθηκε με επιτυχία από τον Νεύτωνα. Στις αρχές του περασμένου αιώνα, ο Αϊνστάιν απέδωσε τη βαρύτητα στις ιδιότητες του χώρου, παρουσία ύλης, αναθεωρώντας έτσι τη νευτώνεια ερμηνεία.

Η δεύτερη αλληλεπίδραση είναι η ηλεκτρομαγνητική, η οποία εμφανίζεται ανάμεσα σε ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα, ηλεκτρικά ρεύματα και μαγνήτες. Αν και αρχικά δεν ήταν γνωστό ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός αποτελούν το ίδιο είδος αλληλεπίδρασης, η Φυσική του 19ου αιώνα, στο αποκορύφωμά της με το έργο του Μάξγουελ, πέτυχε να τους ενοποιήσει και να προτείνει μια ολοκληρωμένη θεωρία, η οποία περιγράφει τη λειτουργία της στο πλαίσιο της κλασικής Φυσικής.

Η ανάπτυξη της Κβαντικής Φυσικής μάς έδωσε τη δυνατότητα να μελετήσουμε και να ερμηνεύσουμε τα φαινόμενα του μικρόκοσμου. Τότε ήρθαμε σε επαφή με άλλες δύο θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, την ασθενή και ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση, που καθορίζουν αλληλεπιδράσεις ανάμεσα σε στοιχειώδη σωματίδια και διαδικασίες που συμβαίνουν στους πυρήνες των ατόμων.

Στο πλαίσιο της σύγχρονης Φυσικής, η ηλεκτρομαγνητική, η ασθενής και η ισχυρή αλληλεπίδραση μπορούν να συμπεριληφθούν σε μια ενοποιημένη θεωρία, διατυπωμένη με τον κβαντικό φορμαλισμό. Ωστόσο, για τη Θεωρία της Βαρύτητας, όπως έχει διατυπωθεί από τον Αϊνστάιν, παρόλο που γνωρίζουμε ότι αυτή είναι ορθή (μεταξύ άλλων και από τις πρόσφατες παρατηρήσεις των βαρυτικών κυμάτων), δεν έχει γίνει ακόμη εφικτό να ενσωματωθεί στις υπόλοιπες. Γι’ αυτό τον λόγο αποτελεί ένα κομβικό πεδίο έρευνας στην κατανόηση της δομής του Σύμπαντος, της γέννησης και της εξέλιξής του.

Γιάννης Κοντογιάννης

Δείτε όλα τα σχόλια