Τι σημαίνει να ζεις σε έναν ολογραφικό κόσμο
Όταν κοιτάζεστε στον καθρέφτη, η εικόνα που βλέπετε μοιάζει πολύ με εσάς—όχι ακριβώς το ίδιο, γιατί όταν σηκώνετε το δεξί σας χέρι, ο καθρέφτης σας σηκώνει το αριστερό. Επιπλέον, το είδωλο του καθρέφτη είναι απλώς ένα σύνολο ανακλώμενου φωτός, χωρίς ένα φυσικό σώμα πίσω του. Παρά αυτές τις διαφορές, μπορείτε να δείτε μια σημαντική σύνδεση ανάμεσα σε εσάς και τον προβληματισμό σας.
Αυτός ο τύπος σχέσης καθρέφτη είναι μια γνώριμη και ισχυρή μορφή συμμετρίας. Μπορούμε να πούμε ότι μια καρδιά του Αγίου Βαλεντίνου είναι συμμετρική επειδή η αριστερή πλευρά είναι μια αντανάκλαση της δεξιάς. Αλλά η συμμετρία του καθρέφτη σας είναι διαφορετική και βαθύτερη. Μια καρδιά είναι συμμετρική επειδή η αριστερή και η δεξιά πλευρά έχουν παρόμοιο σχήμα. Η συμμετρία ανάμεσα σε εσάς και την αντανάκλασή σας οφείλεται στους νόμους της φυσικής. Η φύση του φωτός απαιτείται η αντανάκλασή σας να είναι συμμετρική με εσάς. Είναι ένα παράδειγμα ενός ισχυρού και λεπτού τύπου συμμετρίας που είναι γνωστό ως δυαδικότητα.
Η δυαδικότητα είναι μια σύνδεση μεταξύ δύο πραγμάτων όπου οι ιδιότητες του ενός ορίζουν τις ιδιότητες του άλλου. Για παράδειγμα, φανταστείτε ένα βιβλίο ξαπλωμένο σε ένα τραπέζι, με ένα καρφί κολλημένο στο μπροστινό του εξώφυλλο, στραμμένο προς τα πάνω. Ανεξάρτητα από το πώς κρατάτε το βιβλίο, το καρφί θα δείχνει προς τα έξω από το εξώφυλλό του. Αν γνωρίζετε ποια κατεύθυνση δείχνει το νύχι, γνωρίζετε και τον προσανατολισμό του βιβλίου. Αν γνωρίζετε τον προσανατολισμό του βιβλίου, ξέρετε πού δείχνει το καρφί. Έτσι, υπάρχει μια δυαδικότητα μεταξύ του νυχιού και του βιβλίου.
Άρα το νύχι καθορίζει τον προσανατολισμό του βιβλίου ή το βιβλίο καθορίζει την κατεύθυνση του νυχιού; Αυτή φαίνεται να είναι μια ανόητη ερώτηση. Η δυαδικότητα μεταξύ του νυχιού και του βιβλίου δεν αφορά το ένα αντικείμενο που καθορίζει τον προσανατολισμό του άλλου, αλλά για τη σύνδεση που υπάρχει μεταξύ δύο από τις θεμελιώδεις ιδιότητες του καρφιού και του βιβλίου, καμία από τις οποίες δεν προκαλείται από την άλλη. Θα μπορούσατε να πείτε το ίδιο πράγμα για την κβαντική θεωρία όταν κάποιος ρωτά αν το φως είναι σωματίδιο ή κύμα.
Η δυαδικότητα μεταξύ σωματιδίων και κυμάτων είναι ένα κεντρικό μέρος της κβαντικής θεωρίας. Το φως είναι ξεκάθαρα ένα κύμα:Έχει ένα μήκος κύματος που καθορίζει το χρώμα του και τα κύματα φωτός μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους για να παράγουν πράγματα όπως λέιζερ. Το φως είναι επίσης ξεκάθαρα ένα σωματίδιο:αλληλεπιδρά με τα άτομα ως διακριτά φωτόνια. ένα μόνο φωτόνιο μπορεί να εκτραπεί όπως μια μπάλα του μπιλιάρδου. Η δυαδικότητα σωματιδίων-κύματος σημαίνει ότι τα κβαντικά αντικείμενα, όπως το φως, έχουν συμμετρία μεταξύ των πτυχών σωματιδίων και κυμάτων τους. Είναι σωματίδια με κυματικές ιδιότητες και κύματα με ιδιότητες σωματιδίων. Είναι και οι δύο, και δεν είναι κανένα από τα δύο. Η δύναμη της κβαντικής θεωρίας είναι ότι δεν χρειάζεται να διακρίνετε μεταξύ σωματιδίων και κυμάτων. Είναι απλά κβαντικά αντικείμενα με μια δυαδικότητα μεταξύ της σωματιδιακής και κυματικής φύσης τους.
Ίσως η πιο ισχυρή δυαδικότητα στη φυσική είναι γνωστή ως η ολογραφική αρχή. Αυτή η αρχή συχνά παρερμηνεύεται ως η ιδέα ότι το σύμπαν είναι στην πραγματικότητα ένα ολόγραμμα, αλλά είναι πιο ακριβές να πούμε ότι υπάρχει μια δυαδικότητα μεταξύ ενός όγκου χώρου και της επιφάνειας που περικλείει αυτόν τον όγκο. Η ολογραφική αρχή δηλώνει ότι όλες οι πληροφορίες που περιέχονται σε μια περιοχή του χώρου μπορούν να προσδιοριστούν από τις πληροφορίες στην επιφάνεια που την περιέχει. Μαθηματικά, αυτό σημαίνει ότι ο όγκος του χώρου μπορεί να αναπαρασταθεί ως ολόγραμμα της επιφάνειας, εξ ου και το όνομα της ιδέας.
Αυτή η ιδέα είναι λιγότερο τρελή από όσο ακούγεται στην αρχή. Φανταστείτε ένα ξενοδοχείο με φύλακα στην είσοδο. Εφόσον όλοι όσοι εισέρχονται ή βγαίνουν από το ξενοδοχείο πρέπει να περάσουν από τον φύλακα, αυτός μπορεί να μετρήσει τον αριθμό των ατόμων που μπαίνουν ή βγαίνουν για να γνωρίζει πόσα άτομα βρίσκονται στο ξενοδοχείο. Έτσι, οι πληροφορίες που συλλέγονται από τον φύλακα (στην επιφάνεια) μας λένε για τον αριθμό μέσα (τον όγκο). (Αυτό το παράδειγμα είναι προφανώς πολύ πιο απλό από το να εξετάσουμε τα όλα των πληροφοριών σε έναν τρισδιάστατο χώρο, αλλά δείχνει πώς αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να αποτυπωθούν στην επιφάνεια.)
Η ολογραφική αρχή επεκτείνει αυτή την ιδέα σε όγκους και επιφάνειες γενικά, και ισχύει για τα πάντα, από τις μαύρες τρύπες μέχρι την κοσμολογία. Με μια μαύρη τρύπα, για παράδειγμα, δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε το εσωτερικό επειδή η βαρύτητα κοντά σε μια μαύρη τρύπα είναι πολύ ισχυρή για να διαφύγει το φως. Αλλά η μαύρη τρύπα έχει μια «επιφάνεια» γνωστή ως ορίζοντας γεγονότων, και θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε τα πάντα έξω από αυτό. Έτσι, από πληροφορίες κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, μπορούμε να κατανοήσουμε το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας.
Αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν είναι ένα ολόγραμμα; ΟΧΙ ακριβως. Σημαίνει ότι υπάρχει μια δυαδικότητα:Το δικό μας είναι ένα Σύμπαν με ιδιότητες ολογράμματος ή ένα ολόγραμμα με ιδιότητες Σύμπαντος. Στο πλαίσιο του μαθηματικού φορμαλισμού, δεν χρειάζεται να κάνετε διάκριση μεταξύ του ενός ή του άλλου, κάτι που δίνει στην ολογραφική αρχή τη δύναμή της.
Φυσικά καταλήξαμε σε αυτήν την ιδέα κοιτάζοντας στον καθρέφτη. Η δυαδικότητα μεταξύ μας και της αντανάκλασής μας σημαίνει ότι η εικόνα στον καθρέφτη είναι τόσο αληθινή όσο εμείς; Κατά κάποιο τρόπο το κάνει. Ας υποθέσουμε ότι ο καθρέφτης - ήσουν αληθινός (όχι απλώς μια εικόνα σου σε έναν καθρέφτη, αλλά μια φυσική, αντικατοπτρισμένη εκδοχή του εαυτού σου), και εσύ απλώς η αντανάκλαση. Η έννοια του αριστερού και του δεξιού θα αντιστραφεί και οι καντράν στο ρολόι σας θα μετακινούνταν προς τα αριστερά και όχι δεξιόστροφα, αλλά η υποκείμενη φυσική θα ήταν η ίδια. Η δυαδικότητα ανάμεσα σε εσάς και την αντανάκλασή σας σημαίνει ότι μπορούμε να περιγράψουμε το ίδιο εύκολα το Σύμπαν καθρέφτη όσο και το δικό μας.
Ο Brian Koberlein είναι αστροφυσικός και καθηγητής φυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ρότσεστερ. Γράφει για την αστρονομία και την αστροφυσική στο ιστολόγιό του One Universe at a Time. Βρείτε τον στο Twitter @BrianKoberlein.
Παρακολουθήστε: Ο Max Tegmark, ένας φυσικός στο MIT, εξηγεί πώς μια χούφτα αριθμών μπορεί να περιγράψει τη γέννηση του σύμπαντος.
Αυτή η κλασική ανάρτηση Facts So Romantic δημοσιεύτηκε αρχικά τον Μάιο του 2014.