Nauji holografinės visatos įrodymai: pasaulis visai ne toks, kokį jį įsivaizduojame?

Viena iš didžiausių šiuolaikinės kosmologijos mįslių – kaip visatos platybės gali būti taip tolygiai užpildytos Didžiojo sprogimo karščiu. Laikui bėgant, jis atvėso iki vos kelių laipsnių aukščiau absoliutaus nulio, bet jį iki šiol galima užfiksuoti kaip blyškų mikrobangų spinduliavimą, vadinamąjį kosminį mikrobangų foną (KMF). Kad ir kuria kryptimi žvelgtume, KMF temperatūra yra praktiškai tokia pati, varijuoja labai nedaug. Bet remiantis standartiniu „tamsios šaltos materijos“ kosmologijos modeliu, karštesniems ir vėsesniems ankstyvos visatos regionams suvienodėti nebūtų pakakę laiko. Netgi dabar kai kurios KMF dalys turėtų būti daug šiltesnės, nei kitos, tačiau stebėjimai to nerodo.

Vienas šios kosmologijos problemos sprendimas yra ankstyvoji infliacija. Jei regimoji visata pirmaisiais momentais buvo itin maža, jos temperatūra suvienodėti galėjo labai greitai. Po to, pagal teoriją, visatoje vyko trumpas spartaus plėtimosi periodas, ir sukūręs dabar mūsų matomą visatą. Neturime jokių tiesioginių ankstyvosios kosminės infliacijos įrodymų, bet kadangi ji išsprendžia kelias kosmologijos problemas, ši idėja prigijo.

Visatą galima vertinti kaip „paviršių“ su mažiau matmenų.

Neseniai astronomų komanda peržiūrėjo Planck palydovo surinktus iki šiol tiksliausius kosminio mikrobangų fono duomenis. Jie norėjo palyginti fluktuacijas dideliuose dangaus plotuose, vadinamuose didžiausio erdvinio mastelio KMF netolygumų sritimis^*, su tuo, ką numato standartinis kosmologinis modelis ir kiek keistesnis – holografinis modelis. O ką, jei viskas aplinkui, nuo tolimiausių žvaigždžių iki pirštų galiukų, yra holograma? Panašiai kaip Platono ola, pasaulis su visais objektais ir trimate erdve tebūtų paprasčiausias dvimatės realybės šešėlis. Žmogišku masteliu holografinė visata neatskiriama nuo tikrovės, tačiau kosminiu masteliu subtilūs skirtumai galėtų būti užfiksuojami.

Holografiniame kosmologijos variante, ankstyvąją infliaciją sukelia kvantinių laukų sąveika, kuri turėjo šiek tiek pakeisti kosminio mikrobangų fono vaizdą. Tai ypač ryšku didžiausio erdvinio mastelio KMF netolygumų srityse, ir šiuo skirtumu įmanoma, bent jau iš principo, įrodyti holografinio principo teisingumą. Savo straipsnyje, praėjusį mėnesį publikuotame Physical Review Letters žurnale, komanda praneša, kad holografinis modelis Plancko zondo duomenis atitinka šiek tiek geriau, nei standartinis modelis. Šie rezultatai neįrodo, kad visata yra holograma, bet jie dera su holografiniu modeliu.

Idėja, kad mūsų visata galbūt yra holograma, kyla iš stygų teorijos. Nors stygų teorija nebuvo įrodyta eksperimentiškai, jos matematinė struktūra elegantiška ir galinga, kas didina teorinio modelio patrauklumą. Holografinis principas stygų teorijoje tėra pavyzdys. Pačia plačiausia prasme, holografinis principas teigia, sužinoti viską, kas įmanoma apie kokį nors erdvės tūrį, galima, stebint tą tūrį ribojančius paviršius. Kaip kad hologramoje gali būti trimatis vaizdas stiklo ar plastiko lape, visata gali būti išdėstyta paviršiuje.

Pavyzdžiui, įsivaizduokite 10 mylių kelią, „įpakuotą“ starto linija ir finišo linija. Tarkime, šiame kelyje greitis ribojamas iki 60 mylių per valandą, ir norime sužinoti, ar automobilis viršijo greitį. Tai galima atlikti, stebint visą automobilio kelionę, nuolat matuojant jo greitį. Bet galima ir paprasčiausiai išmatuoti laiką, kada automobilis kirto staro liniją ir kada – finišo. Važiuodamas 60 mylių per valandą greičiu, automobilis mylią įveikia per minutę, tad, jei laiko trukmė mažesnė už 10 minučių, žinome, kad automobilis greitį viršijo.

Jei holografinis principas teisingas, tada visatą galime vertinti dviem skirtingais būdais: erdve ir tūriu, kaip kad intuityviai darom, ir kaip „paviršių“, turintį mažiau matmenų. Šis holografinis dualumas matematiniu požiūriu yra galingas įrankis, nes suteikia galimybę kai kuriuos fizikos dėsnius taikyti daug paprasčiau.

Mūsų visatos struktūra formuoja nuolatinė gravitacija tarp žvaigždžių ir galaktikų. Dabar gravitacija, lyginant su kitomis jėgomis, yra labai silpna, ir bendrojoje reliatyvumo teorijoje aprašoma kaip gravitacijos laukas. Dualistiniu holografiniu požiūriu, gravitacija aprašoma kaip kvantinis laukas, galintis stipriai sąveikauti su mase. Kadangi lengviau skaičiuoti silpnas sąveikas, nei stiprias, bendrosios reliatyvumo teorijos taikymo būdas naudingesnis. Tačiau pačioje kosminio laiko pradžioje, kai visata buvo karšta ir tanki, gravitaciniai reliatyvumo laukai buvo stiprūs, tad paprasčiau būtų susitvarkyti, naudojant holografinio požiūrio kvantinius laukus.

Tai, kad tiek standartinis modelis, tiek ir holografinis modelis numato ankstyvą infliaciją, remia idėją, kad holografinis principas taikytinas mūsų visatai. Kosminė infliacija tebelieka paslaptimi, tačiau visatos vertinimas kaip hologramos gali ją išspręsti.

Brian Koberlein

* angl. – Low Multipole Moment. Už termino vertimą į žmonių kalbą dėkoju www.konstanta.lt puslapiui.