Universul timpuriu a fost o hologramă?

Timp de decenii, oamenii de știință au încercat să găsească dovezi care să confirme sau să infirme ipoteza că Universul este sau a fost o hologramă gigant. Desigur, această ipoteză nu este uşor de verificat, dar acum fizicienii afirmă că au găsit dovezi observaţionale care susţin principiul holografic.

Un studiu publicat în revista Physical Review Letters prezintă, în opinia autorilor, prima dovadă observaţională că Universul timpuriu ar fi fost o hologramă complexă.

Cercetătorii nu afirmă că acum trăim într-o hologramă. În schimb, ei sugerează că în primele etape de evoluţie ale Universului, adică câteva sute de mii de ani după Big Bang, totul ar fi fost proiectat tridimensional pe baza unui model holografic bidimensional.

Dacă nu sunteți familiarizați cu ipoteza Universului holografic, trebuie să ştiţi că fizicianul Leonard Susskind a popularizat ideea că legile fizicii așa cum le înțelegem nu necesită un Univers tridimensional.

Cum ar putea fi însă Universul în care trăim bidimensional și nu tridimensional?

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.

Un cluster galactic îndepărtat. Credit: NASA/ESA

Într-un studiu recent, profesorul Afshordi şi colegii săi din Marea Britanie, Canada și Italia au studiat neuniformităţile de temperatură din radiaţia cosmică de fond, adică radiaţia electromagnetică rămasă în urma evenimentului Big Bang, şi au găsit dovezi care susţin ipoteza unui model holografic al Universului.

„Noi propunem un model holografic al Universului care este foarte diferit de modelul cosmologic Big Bang ce a fost acceptat pe scară largă şi care se bazează pe gravitaţie și inflația cosmică”.

„Fiecare dintre aceste modele cosmologice face predicţii distincte pe care le putem testa pe măsură ce vom dispune de date observaţionale tot mai exacte care ne vor ajuta să ne îmbunătățim teoriile cu privire la Univers. Şi toate acestea în următorii cinci ani”, a declarat profesorul Afshordi.

Ideea unui Univers holografic a fost sugerată, pentru prima dată, în anii 1990 şi această ipoteză afirmă că tot ceea ce formează „realitatea” noastră 3D (plus timpul) se află pe o suprafață 2D.

„Imaginați-vă că tot ceea ce vedem, simțim și auzim în spaţiul tridimensional, dar şi percepția asupra timpului, provin de fapt dintr-un câmp plat bidimensional”.

„Ideea este similară cu cea a unei holograme obișnuite în care o imagine tridimensională este codată într-o suprafață bidimensională, cum ar fi holograma de pe un card de credit. Diferenţa este că, de data aceasta, întregul Univers este codificat în acest mod!”, a explicat profesorul Kostas Skenderis, coautor al studiului, de la University of Southampton, Marea Britanie.

Putem să ne gândim la acest model de Univers ca la ceva similar unui film 3D pe care îl privim într-un cinematograf, deşi în acest caz nu se formează holograme.

„Noi vedem imagini 3D având înălțime, lățime și, cel mai important, adâncime, deşi toate acestea provin dintr-un ecran 2D plat. Diferența faţă de Universul nostru 3D este aceea că noi putem atinge obiectele din Univers și că „proiecția” acestora este „reală” din perspectiva noastră”, afirmă cercetătorii.

Evoluţia Universului holografic. În stânga este indicată faza holografică a Universului unde imaginea este neclară, deoarece spațiul și timpul nu sunt încă bine definite. La sfârșitul acestei faze (indicat printr-o elipsă neagră) Universul intră într-o fază geometrică, care poate fi descrisă prin ecuațiile lui Einstein. Radiaţia cosmică de fond a fost emisă cu aproximativ 375.000 de ani mai târziu, iar modelele din ea conţin informații privind Universul timpuriu. Măsurătorile radiaţiei cosmice de fond au evidenţiat variaţii de densitate şi de temperatură în Univers ce au reprezentat „seminţele” viitoarelor stele şi galaxii (imaginea din dreapta). Credit: Paul McFadden.

Progresele tehnologice din ultimii ani în ceea ce priveşte construcţia telescoapelor le-au permis oamenilor de ştiinţă să obţină informaţii valoroase cu privire la Universul timpuriu, pe baza studiului radiaţiei cosmice de fond.

Cu ajutorul acestor informații, profesorul Afshordi, profesorul Skenderis şi coautorii studiului au descoperit că unele dintre cele mai simple teorii cuantice de câmp ar putea explica aproape toate observațiile cu privire la radiaţia cosmică de fond ce caracterizează Universul timpuriu.

„Cheia pentru înțelegerea gravitației cuantice este înţelegerea teoriei câmpului cuantic cu o dimensiune spaţială mai puţin. Principiul holografic este ca o piatră Rosetta, care ne permite să transformăm teoriile cunoscute ale câmpurilor cuantice fără gravitație în teorii ale gravitației cuantice”, a spus profesorul Afshordi.

„Principiul holografic reprezintă un uriaș pas înainte în ceea ce priveşte înţelegerea structurii și originea Universului. Deşi teoria relativității generalizate a lui Einstein explică foarte bine Universul la o scară cosmologică, ea s-a dovedit limitată atunci când se examinează originea și funcţionarea Universului la scara subatomică”.

„Oamenii de știință au lucrat timp de zeci de ani pentru a unifica teoria gravitaţiei a lui Einstein și mecanica cuantică. Unii cred că modelul holografic al Universului are potențialul de a concilia cele două teorii de bază din fizica actuală. Sper că cercetarea noastră ne ajută să facem un important pas înainte în această direcție”, a adăugat profesorul Skenderis.

Autorii studiului speră că munca lor va deschide noi perspective privind înţelegerea Universului timpuriu și modul cum au apărut spațiul și timpul.

Surse: Sci-News, Science Alert