Um experimento científico de cientistas alemães chamado GEO600 para pesquisar ondas gravitacionais, que já ocorre há sete anos, levou a resultados inesperados, de acordo com o jornal New Scientist.
Com a ajuda de um aparelho especial - um interferômetro - os físicos iriam confirmar cientificamente uma das conclusões da teoria da relatividade de Einstein.
Segundo esta teoria, existem as chamadas ondas gravitacionais no Universo - perturbações do campo gravitacional, “ondulações” da estrutura do espaço-tempo.
Propagando-se à velocidade da luz, as ondas gravitacionais provavelmente geram movimentos de massa desiguais de grandes objetos astronômicos: a formação ou colisões de buracos negros, explosões de supernovas, etc.
A ciência explica a inobservabilidade das ondas gravitacionais pelo fato de que os efeitos gravitacionais são mais fracos do que os eletromagnéticos. Os cientistas, que começaram seu experimento em 2002, esperavam detectar essas ondas gravitacionais, que poderiam mais tarde se tornar uma fonte de informações valiosas sobre a chamada matéria escura, que consiste basicamente no nosso Universo.
Até agora, o GEO600 não foi capaz de detectar ondas gravitacionais, porém, aparentemente, os cientistas com a ajuda do aparelho conseguiram fazer a maior descoberta no campo da física da última metade do século.
Por muitos meses, os especialistas não conseguiram explicar a natureza dos ruídos estranhos que interferiam no funcionamento do interferômetro, até que de repente uma explicação foi oferecida por um físico do laboratório de ciências do Fermilab.
De acordo com a hipótese de Craig Hogan, o aparelho GEO600 colidiu com a fronteira fundamental do continuum espaço-tempo - o ponto em que o espaço-tempo deixa de ser um continuum contínuo descrito por Einstein e se desintegra em "grãos", como se uma fotografia ampliada várias vezes se transformasse em um aglomerado de pontos separados …
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"Parece que o GEO600 tropeçou em flutuações quânticas microscópicas do espaço-tempo", sugeriu Hogan.
Se esta informação não parece sensacional o suficiente para você, ouça mais: "Se GEO600 tropeçar no que presumo, isso significa que vivemos em um holograma espacial gigante."
A própria ideia de que vivemos em um holograma pode parecer ridícula e absurda, mas é apenas uma continuação lógica de nossa compreensão da natureza dos buracos negros, com base em uma base teórica completamente comprovável.
Estranhamente, a "teoria do holograma" ajudaria significativamente os físicos a finalmente explicar como o universo funciona em um nível fundamental.
Hologramas familiares para nós (como, por exemplo, em cartões de crédito) são aplicados a uma superfície bidimensional, que começa a parecer tridimensional quando um raio de luz a atinge em um determinado ângulo.
Na década de 1990, o ganhador do Prêmio Nobel de Física Gerardt Huft, da Universidade de Utrecht (Holanda), e Leonard Susskind, da Universidade de Stanford (EUA), sugeriram que um princípio semelhante poderia ser aplicado ao universo como um todo. Nossa própria existência diária pode ser uma projeção holográfica de processos físicos que ocorrem no espaço bidimensional.
É muito difícil acreditar no "princípio holográfico" da estrutura do Universo: é difícil imaginar que você está acordando, escovando os dentes, lendo jornais ou assistindo TV só porque vários objetos espaciais gigantes colidiram entre si em algum lugar nas fronteiras do Universo.
Ninguém ainda sabe o que “vida em um holograma” significará para nós, mas os físicos teóricos têm muitas razões para acreditar que certos aspectos dos princípios holográficos do funcionamento do Universo são realidade.
As conclusões dos cientistas baseiam-se em um estudo fundamental das propriedades dos buracos negros, realizado pelo famoso físico teórico Stephen Hawking, juntamente com Roger Penrose.
Em meados da década de 1970, o cientista estudou as leis fundamentais que regem o universo e mostrou que a partir da teoria da relatividade de Einstein segue-se um espaço-tempo que começa no Big Bang e termina nos buracos negros.
Esses resultados apontam para a necessidade de combinar o estudo da teoria da relatividade com a teoria quântica. Uma das consequências dessa combinação é a afirmação de que os buracos negros na verdade não são inteiramente "negros": na verdade, eles emitem radiação que leva à sua evaporação gradual e desaparecimento completo.
Assim, surge um paradoxo, denominado "paradoxo da informação dos buracos negros": o buraco negro formado perde sua massa, irradiando energia. Quando um buraco negro desaparece, todas as informações que ele absorveu são perdidas. No entanto, de acordo com as leis da física quântica, as informações não podem ser completamente perdidas.
Contra-argumento de Hawking: a intensidade dos campos gravitacionais dos buracos negros é incompreensível até agora corresponde às leis da física quântica. O colega de Hawking, o físico Bekenstein, apresentou uma hipótese importante que ajuda a resolver esse paradoxo.
Ele levantou a hipótese de que um buraco negro tem entropia proporcional à área de superfície de seu raio condicional. É uma espécie de área teórica que mascara o buraco negro e marca o ponto sem retorno da matéria ou da luz. Físicos teóricos provaram que flutuações quânticas microscópicas do raio condicional de um buraco negro podem codificar informações dentro de um buraco negro, portanto, não há perda de informação que está em um buraco negro no momento de sua evaporação e desaparecimento.
Assim, pode ser assumido que a informação tridimensional sobre a substância original pode ser totalmente codificada no raio bidimensional do buraco negro formado após sua morte, aproximadamente como uma imagem tridimensional de um objeto é codificada usando um holograma bidimensional.
Zuskind e Huft foram ainda mais longe, aplicando essa teoria à estrutura do Universo, com base no fato de que o espaço também tem um raio condicional - um plano limite, além do qual a luz ainda não conseguiu penetrar em 13,7 bilhões de anos de existência do Universo.
Além disso, Juan Maldacena, um físico teórico da Universidade de Princeton, foi capaz de provar que as mesmas leis físicas operam em um universo hipotético de cinco dimensões como em um espaço de quatro dimensões.
De acordo com a teoria de Hogan, o princípio holográfico da existência do Universo muda radicalmente nossa imagem familiar do espaço-tempo. Por muito tempo, os físicos teóricos acreditaram que os efeitos quânticos poderiam fazer com que o espaço-tempo pulsasse caoticamente em uma escala insignificante.
Nesse nível de pulsação, o tecido do continuum espaço-tempo torna-se "granulado" e como se fosse feito das menores partículas, semelhantes a pixels, apenas centenas de bilhões de bilhões de vezes menores que um próton. Esta medida de comprimento é conhecida como "comprimento de Planck" e representa a figura de 10-35 m.
No momento, as leis físicas fundamentais foram testadas empiricamente até distâncias de 10-17, e o comprimento de Planck foi considerado inatingível, até que Hogan percebeu que o princípio holográfico muda tudo.
Se o contínuo espaço-tempo é um holograma granular, então o Universo pode ser representado como uma esfera, a superfície externa da qual é coberta com as menores superfícies de 10-35 m de comprimento, cada uma das quais carrega um pedaço de informação.
O princípio holográfico diz que a quantidade de informação que cobre a parte externa do Universo-esfera deve corresponder ao número de bits de informação contidos dentro do Universo volumétrico.
Visto que o volume do universo esférico é muito maior do que toda a sua superfície externa, surge a pergunta: como é possível observar este princípio? Hogan sugeriu que os bits de informação que constituem o "interior" do universo deveriam ser maiores que o comprimento de Planck. “Em outras palavras, o universo holográfico é como uma imagem difusa”, diz Hogan.
Para quem procura as menores partículas do espaço-tempo, esta é uma boa notícia. “Ao contrário das expectativas populares, a estrutura quântica microscópica está prontamente disponível para estudo”, disse Hogan.
Embora partículas com dimensões iguais ao comprimento de Planck não possam ser detectadas, a projeção holográfica desses "grãos" é de aproximadamente 10-16 m. Quando o cientista fez todas essas conclusões, ele se perguntou se seria possível determinar experimentalmente esse borrão holográfico do espaço. Tempo. E então GEO600 veio em seu socorro.
Dispositivos como o GEO600, que são capazes de detectar ondas gravitacionais, funcionam com o seguinte princípio: se uma onda gravitacional passar por ele, ela estenderá o espaço em uma direção e comprimirá na outra.
Para medir a forma de onda, os cientistas direcionam um feixe de laser através de um espelho especial chamado divisor de feixe. Ele divide o feixe de laser em dois feixes, que passam pelas hastes perpendiculares de 600 metros e retornam.
Os feixes de retorno novamente se combinam em um e criam um padrão de interferência de áreas claras e escuras, onde as ondas de luz desaparecem ou reforçam umas às outras. Qualquer mudança na posição dessas seções indica que o comprimento relativo das barras mudou. Mudanças no comprimento menor que o diâmetro de um próton podem ser detectadas experimentalmente.
Se o GEO600 realmente detectasse ruído holográfico de vibrações quânticas do espaço-tempo, seria uma faca de dois gumes para os pesquisadores: por um lado, o ruído interferiria em suas tentativas de "pegar" ondas gravitacionais.
Por outro lado, isso pode significar que os pesquisadores foram capazes de fazer uma descoberta muito mais fundamental do que se pensava originalmente. No entanto, há uma certa ironia do destino: o aparelho, projetado para captar as ondas que são consequência da interação dos maiores objetos astronômicos, encontrou algo tão microscópico quanto os "grãos" do espaço-tempo.
Quanto mais tempo os cientistas não conseguem desvendar o mistério do ruído holográfico, mais aguda se torna a questão de conduzir pesquisas adicionais nessa direção. Uma das possibilidades de pesquisa pode ser o projeto do chamado interferômetro atômico, cujo princípio de funcionamento é semelhante ao GEO600, mas em vez de um feixe de laser, será utilizado um fluxo de átomos de baixa temperatura.
O que a descoberta do ruído holográfico significará para a humanidade? Hogan está confiante de que a humanidade está a um passo de detectar um quantum de tempo. “Esse é o menor intervalo de tempo possível: o comprimento de Planck dividido pela velocidade da luz”, diz o cientista.
No entanto, acima de tudo, a possível descoberta ajudará os pesquisadores a tentar combinar a mecânica quântica e a teoria da gravidade de Einstein. A mais popular no mundo científico é a teoria das cordas, que, acreditam os cientistas, ajudará a descrever tudo o que acontece no universo em um nível fundamental.
Hogan concorda que, se os princípios holográficos forem comprovados, nenhuma abordagem para o estudo da gravidade quântica será doravante considerada fora do contexto dos princípios holográficos. Pelo contrário, será o ímpeto para as provas da teoria das cordas e da teoria das matrizes.
“Talvez tenhamos a primeira evidência de como o espaço-tempo decorre da teoria quântica em nossas mãos”, observou o cientista.
