Carl Hogan, Fermilab-fysicus, op basis van de GEO 600 gravitatiegolfdetector, stelt voor dat ons 3D-universum een hologram kan zijn
- 2013
In 2008 veroorzaakte deeltjesastrofysicus Carl Hogan, die bij Fermilab werkt, een sensatie met een verbazingwekkend voorstel: het 3D-universum waarin we denken dat we leven, is niets meer dan een hologram. Nu bouwt hij de meest nauwkeurige klok aller tijden om direct te meten of onze realiteit een illusie is.
Het idee dat ruimtetijd misschien niet helemaal soepel is - zoals een digitaal beeld dat een groeiende pixel toont naarmate het groter wordt - werd eerder voorgesteld door Stephen Hawking en anderen. Een mogelijk bewijs van dit model verscheen vorig jaar in een onverklaarbaar 'geluid' dat het GEO600-experiment in Duitsland trof, dat naar zwaartekrachtsgolven uit zwarte gaten zoekt. Voor Hogan geeft deze ruis aan dat het experiment de ondergrens van de resolutie van ruimte-tijdpixels heeft bereikt.
De fysica van zwarte gaten, waarin ruimte en tijd worden gecomprimeerd, bieden een basis voor wiskunde die aantoont dat de derde dimensie mogelijk niet bestaat. In deze tweedimensionale tekening van het universum zou wat we als een derde dimensie waarnemen, in werkelijkheid een projectie van tijd zijn, verweven met diepte. Als dat waar is, kan de illusie alleen worden gehandhaafd totdat onze apparatuur gevoelig genoeg wordt om zijn grenzen te vinden.
"Je kunt niet waarnemen omdat niets sneller dan het licht reist", zegt Hogan. 'Deze holografische visie is hoe het universum eruit zou zien als iemand op een foton zat.'
Niet iedereen is het eens met dit idee. De basis bestaat uit wiskunde in plaats van pure gegevens, zoals gebruikelijk is in de theoretische fysica. En hoewel een holografisch universum veel vragen over de fysica van zwarte gaten en andere paradoxen zou kunnen beantwoorden, is het in strijd met de klassieke geometrie, die een universum vereist met continue en soepele paden in de ruimtetijd.
"Daarom willen we een machine bouwen die de meest gevoelige meting ooit van de ruimtetijd zelf geeft", zegt Hogan. 'Dat is de holometer.' In 2008 veroorzaakte deeltjesastrofysicus Carl Hogan, die bij Fermilab werkt, een sensatie met een verbazingwekkend voorstel: het 3D-universum waarin we denken dat we leven, is niets meer dan een hologram. Nu bouwt hij de meest nauwkeurige klok aller tijden om direct te meten of onze realiteit een illusie is.
"Daarom willen we een machine bouwen die de meest gevoelige meting ooit van de ruimtetijd zelf geeft", zegt Hogan. 'Dat is de holometer.'
De naam 'holometer' werd voor het eerst gebruikt voor een meetinstrument dat in de 17e eeuw werd gemaakt, een 'instrument om alle metingen uit te voeren, zowel op aarde als in de hemel'. Hogan vond dat het goed paste in de missie van zijn 'holografische interferometer', die momenteel wordt ontwikkeld in het grootste laserlaboratorium in Fermilab.
In een klassieke interferometer, oorspronkelijk ontwikkeld in de late jaren 1800, raakt een laserstraal in een vacuüm een spiegel die bekend staat als een straalsplitser, die deze in twee verdeelt. De twee balken bewegen onder verschillende hoeken langs twee vacuümbuizen voordat ze spiegels raken aan het einde en terug stuiteren naar de verdeler.
Omdat licht in een vacuüm met een constante snelheid reist, moeten de twee stralen precies op hetzelfde moment terugkomen bij de spiegel, met hun golven gesynchroniseerd om een enkele straal te hervormen. Elke interfererende trilling zal de frequentie van de golven over de afgelegde afstand zeer licht veranderen. Bij terugkeer naar de deler worden ze niet langer gesynchroniseerd.
In de holometer wordt dit verlies aan synchronisatie gezien als een agitatie of vibratie die bewegingen in de ruimtetijd zelf weergeeft, zoals het witte geluid van de radio dat over een zeer kleine bandbreedte aankomt.
Fermilab bouwt het meest nauwkeurige horloge aller tijden om direct te meten of onze realiteit een illusie is.
De nauwkeurigheid van de holometer betekent dat deze niet groot hoeft te zijn; 40 meter lang, slechts honderdste van de grootte van de interferometers die momenteel worden gebruikt om zwaartekrachtsgolven te meten uit zwarte gaten en supernovae. Hoewel, omdat de frequenties van de ruimtetijd die het meet zo snel zijn, het in zeer korte tijdsintervallen nauwkeuriger zal moeten zijn, zeven orden van grootte nauwkeuriger dan elke klok Atoom bestaat.
De ruimtetijdschokken treden miljoenen keren per seconde op, duizend keer meer dan je oor kan horen, zegt Aaron Chou, experimenteel fysicus bij de Fermilab wiens laboratorium prototypes van de holometer ontwikkelt. Materie houdt er niet van om met die snelheid te roeren. Je kunt met een hoofdtelefoon naar zwaartekrachtfrequenties luisteren.
De belangrijkste truc, zegt Chou, is om aan te tonen dat de trillingen niet door het instrument worden veroorzaakt. Met een technologie die vergelijkbaar is met die van een hoofdtelefoon die geluiden opheft, detecteren de externe sensoren van het instrument trillingen en schudden ze de spiegel op dezelfde frequentie om ze te annuleren. Elke opwinding die vaker voorkomt, is volgens de onderzoekers, een bewijs van de diffusie van ruimte-tijd.
De laserstraal van de GEO 600 gravitatiegolfdetector kan alleen worden gezien met een speciaal apparaat.
Met lange armen op de holometer vergroten we de onzekerheid van ruimte-tijd, zegt Chou. Het team van Hogan vond het idee van de holometer zo leuk dat ze besloten er twee te bouwen. Boven elkaar geplaatst, kunnen de instrumenten de metingen onderling bevestigen.
Deze maand, nadat ze erin geslaagd zijn om een prototype van 1 meter van de 40-meter arm te bouwen, zullen ze de delen van de eerste van de vacuümarmen lassen. Hogan hoopt volgend jaar met het opnemen van gegevens. Mensen die de realiteit proberen vorm te geven, hebben geen gegevens, alleen heel veel mooie wiskunde, zegt Hogan . Ik hoop dat dit hen iets heeft gegeven om mee te werken.
