Järjekordne tõend: maailm võib olla hiiglaslik hologramm! (8)

Maailma kolmemõõtmelisus on me reaalsustajule sama elementaarne nagu aja kulgemine. Ometi usub hulk teadlasi, et Einsteini relatiivsusteooria ja kvantmehhaanika vahelised käärid kaoksid, kui iga kolmemõõtmeline objekt, mida me teame, oleks kahemõõtmelises universumis paiknevate aatomituumast tillemate osakeste projektsioon, mis paistab meile kolme­mõõtmelisena.

Maailma kolme­mõõtmelisus on vaid vaatevinkli küsimus?

"Kui see on tõsi, on see tõeliselt tähtis arusaam," ütleb Viini tehnikaülikooli füüsikateoreetik Daniel Grumiller. Tema avaldas hiljuti koos kolleegide Max Riegleri, Arjun Bagchi ja Rudranil Basuga esimese uurimuse, mis pakkus tõendeid, et nn holograafiline printsiip võib kirjeldada ka meie universumit. Seni oli holograafilist printsiibi kehtivust uuritud vaid anti-de Sitteri ruumiks nimetatud teoreetilises hüperboolses, sadulakujulise kumerusega aegruumis.

"Anti-de Sitteri ruum pole meie universumi kontekstis tähtis, kuid võimaldab meil teha arvutusi, mis oleksid muidu väga rasked, kui mitte võimatud," seletab Grumiller, korrates juba vana tarkust: teatud kolmemõõtmelisi ruume võib matemaatiliselt taandada kahemõõtmelisteks projektsioonideks.

Nii võib meie maailma kolmemõõtmelisus olla vaid vaate­vinkli küsimus. Holo­grammi­põhimõttega tulid umbes kakskümmend aastat tagasi lagedale füüsikateoreetikud Leonard Susskind ja Gerard’t Hooft, pakkudes seda Stephen Hawkingi kuulsa informatsiooniparadoksi lahenduseks.

Paradoks seisnes põhimõtteliselt selles, et mustad augud paistavad informatsiooni neelavat, kuid kvantteooria järgi on see võimatu. Argentina füüsikateoreetik Juan Maldacena suutis aga need kaks mudelit ühendada. Maldacena toetus stringiteooriale, mis põhineb hüpoteesil, et maailmakõiksus koosneb tillukestest ühemõõtmelistest elementaarosakestest ehk stringidest. Matemaatiliselt keerukas maailm stringidest, mis eksisteerivad levinud käsitluse kohaselt üheksas ruumi- ning ühes ajamõõtmes, moodustab tasapinnalise hologrammi. (See relatiivsusteooria ja kvantväljateooria sobitamine on ses mõttes kummaline, et gravitatsiooni kirjeldatakse kolmemõõtmelises ruumis, kuid kvantväljateooria vajab vaid kaht mõõdet.)

Teadlane: hologrammi­põhimõte kehtib ka lamedas ruumis

"Esmakordselt näitas keegi selgelt, kuidas holograafia toimib," seletas Grumiller. "Kuid arvestades, et meie universum pole anti-de Sitteri ruum – laias laastus võetuna on see lame –, on huvitav küsida, kas holograafiline printsiip kehtib ka lamedas ruumis."

Et katsetada Maldacena vastavusprintsiibi paikapidavust meie tegelikus universumis, otsustasid Viini teadlased uurida, kas üht kvantmehhaanika keskset põhimõtet, osakeste põimumist (quantum entanglement), saab korrata ka gravitatsiooniteooriat kasutades. Osakeste põimumise põhimõttest lähtudes on eri osakesed omavahel seotud ka siis, kui nad asuvad üksteisest väga kaugel. Nii võib ühe osakesega juhtuv mõjutada samal ajal ka teist sellega seotud osakest ning neid kaht osakest ei saa eraldi kirjeldada, vaid nad moodustavad üheainsa objekti. Kvantsüsteemi põimumise määra kirjeldamiseks kasutatakse väljendit "põimituse entroopia".

Grumiller ja tema kolleegid suutsid mitme aasta töö tulemusel näidata, et meie universumi sarnaste ruumide jaoks on see entroopia ühtviisi suur, kui seda rehkendada gravitatsiooniteooria ja kvantväljateooria järgi. "See arvutus kinnitab meie oletust, et holograafilist printsiipi saaks ehk rakendada ka lamedates ruumides," ütles uurimisrühma liige Max Riegler Viini teadlaste pressiteates. "See kinnitab, et selline vastavus võiks kehtida ka meie universumis."

Kui holograafiline printsiip kirjeldab tõepoolest meie universumit, võib see aidata lahendada mitu relativistliku ja kvantfüüsika vastuoksust. Ühtlasi oleks teadlastel uus moodus, kuidas keerulisi kvantprobleeme lahendada üsnagi lihtsate gravitatsiooni­võrduste abil.

Ent enne, kui saame olla veendunud, et elame Matrixis, tuleb teha palju tööd.

Mis juhtub, kui arvutustesse lisada aeg?

"Tegime arvutuse, kasutades 3D-gravitatsiooniteooriat ja 2D-kvantväljateooriat, kuid universumis on tegelikult kolm ruumimõõdet pluss aeg," tuletab Grumiller meelde. "Järgmine samm on üldistada, lisades ühe kõrgema dimensiooni. On ka palju teisi kvantiteete, mis peaksid gravitatsiooniteooria ja kvantväljateooria vahel vastavuses olema. Nende vastavuste uurimine meil käsil ongi."

Teoreetilised arvutused on üks asi, reaalsuse hologrammiliku loomuse katseline jälgimine hoopis teine. Ameerika tuntuimas osakestefüüsika laboris Fermilabis käivad selle teooria uurimiseks katsed instrumendiga, kus laservalgust läbi peeglite süsteemi lastes on võimalik välja selgitada, kas ruum seisab paigal või vibreerib kvantvõbeluste mõjul pidevalt, kandes kogu ainet kogu aeg endaga kaasas. Seda aegruumi uut omadust nimetatakse holograafiliseks müraks.