La prima vedere, nu există nicio urmă de îndoială: pentru noi Universul pare tridimensional. Cu toate acestea, „principiul holografic” afirmă că pentru a-l descrie matematic, Universul ar trebui să fie bidimensional. Pe scurt, ceea ce noi percepem ca fiind tridimensional ar putea fi doar imaginea unor procese bidimensionale de pe un imens orizont cosmic.

Universul holograficEste Universul o hologramă? S-ar putea. Credit: TU Wien

Aşa cum afirma astrofizicianul Brian Koberlein, „Aceasta este cerinţa pentru ca Universul să fie o hologramă. Cu toate acestea, nu există nicio dovadă observațională care să confirme că Universul este o hologramă,… dar există unele aspecte teoretice interesante în ceea ce privește principiul holografic despre care merită să discutăm”.

El continuă rezumând cercetările întreprinse până acum: „Această cerinţă nu reprezintă o dovadă generală și nu ne arată că principiul holografic se aplică în cazul unui univers plat ca al nostru, doar că s-ar putea aplica sistemelor cuantice. Mai sunt multe de făcut înainte ca cineva să poată afirma cu certitudine că există o versiune a spațiului plat în conformitate cu corespondența Ads/CFT (N.t Anti-de Sitter/conformal field theory). Și chiar și atunci, asta nu va însemna că Universul este o hologramă”.

Principiul holografic

Toată lumea știe despre hologramele de pe cardurile de credit sau bancnote. Deşi acestea sunt bidimensionale, ele ne apar ca fiind tridimensionale. „În anul 1997, fizicianul Juan Maldacena a propus ideea că există o corespondență între teoriile gravitaționale din spaţiile curbe anti-de-sitter și teoriile cuantice de câmp din spațiile cu o dimensiune mai puţin”, declară Daniel Grumiller (TU Wien). Pe scurt, aici este vorba despre suprafețe, nu despre holograme.

Fenomenele gravitaționale sunt descrise printr-o teorie ce consideră spaţiul având trei dimensiuni, în timp ce comportamentul particulelor cuantice este descris printr-o teorie ce consideră spaţiul având doar două dimensiuni. Corespondenţa AdS-CFT susţine că afirmaţiile teoriilor cuantice pot fi traduse în afirmaţii ale teoriilor gravitaţionale şi viceversa. O astfel de corespondență este destul de surprinzătoare. Este ca și cum am afla că ecuațiile dintr-un manual de astronomie pot fi, de asemenea, folosite pentru a repara un CD-player. Dar această metodă de lucru s-a dovedit a fi de succes. Până în prezent au fost publicate mai mult de zece mii de lucrări ştiinţifice cu privire la „Corespondenţa AdS-CFT” a lui Maldacena.

Corespondență chiar și în spații plate:

Din punctul de vedere al fizicii teoretice această constatare este extrem de importantă, dar ea nu pare să aibă vreo legătură cu Universul nostru. Aparent, nu trăim într-un astfel de spaţiu anti-de-sitter. Aceste spații au unele proprietăţi foarte ciudate. Ele au o curbură negativă, ceea ce înseamnă că orice obiect aruncat în linie dreaptă se va întoarce în cele din urmă de unde a plecat. „Universul nostru este, prin contrast, destul de plat și de-a lungul unor distanțe astronomice el are o curbură pozitivă”, declară Daniel Grumiller.

Cu toate acestea, Grumiller suspectează de ceva timp că principiul de corespondență ar putea fi, de asemenea, aplicabil și în cazul Universului în care trăim. Teoriile gravitaționale care trebuie concepute în acest sens nu trebuie să necesite existenţa unor spații exotice anti-de-sitter, ci spații plate. Timp de trei ani, el şi echipa sa de la TU Wien (Viena) au analizat această ipoteză în colaborare cu University of Edinburgh, Harvard, IISER Pune, MIT şi University of Kyoto. Grumiller şi colegii săi din India și Japonia au publicat recent un articol în revista „Physical Review Letters”.

Koberlein afirmă că lucrarea lor arată că „principiul holografic poate fi aplicat şi în cazul modelelor de spațiu plat, cel puțin în unele cazuri”.

Același rezultat obținut de 2 ori

„Dacă gravitația cuantică într-un spațiu plat permite o descriere holografică a unei teorii cuantice standard, atunci trebuie să existe mărimi fizice care pot fi calculate prin ambele teorii și rezultatele acestora trebuie să concorde”, spune Grumiller. Mai ales un element cheie al mecanicii cuantice, inseparabilitatea cuantică (quantum entanglement), trebuie să apară în teoria gravitațională.

Când două particule cuantice se află într-o stare de inseparabilitate cuantică, ele nu pot fi descrise în mod individual. Ele formează un singur obiect cuantic, chiar dacă acestea se află la mare distanţă una de alta. Există o măsură a inseparabilităţii cuantice dintr-un sistem cuantic care este denumită „entropia inseparabilităţii cuantice”. Împreună cu Arjun Bagchi, Rudranil Basu și Max Riegler, Daniel Grumiller a reușit să demonstreze că această entropie a inseparabilitatii cuantice are aceeași valoare în gravitația cuantică dintr-un spaţiu plat și în teoria cuantică de câmp în care spaţiul are o dimensiune mai puţin.

„Acest calcul susţine ipoteza noastră că principiul holografic poate fi, de asemenea, aplicat în spațiile plate. Este o dovadă privind valabilitatea acestei corespondențe în Universul nostru”, declară Max Riegler (TU Wien).

Koberlein clarifică importanţa acestei descoperiri:.„Ceea ce echipa noastră a constatat este că un calcul din teoria cuantică standard pentru o anumită proprietate a inseparabilităţii cuantice, care este în legătură cu entropia, a dat același rezultat atunci când s-a realizat cu ajutorul unei versiuni holografice a acestuia. Cu alte cuvinte, versiunile standard și cele holografice sunt matematic echivalente”.

Traducere şi adaptare după The Universe is a Hologram? Well, Not Quite…