8/26/08

Η ολογραφική αρχή- Εισαγωγή


Εάν κάποιος διαβάσει πρώτη φορά για την ολογραφική αρχή, σίγουρα θα μπει σε πολλούς προβληματισμούς. Όταν όμως συνειδητοποιήσει το πόσο βαθιά έχει πλέον προχωρήσει η σύγχρονη επιστήμη μέσα σε αυτήν την αρχή, τότε, εκτός του ότι θα εκπλαγεί, θα αρχίσει να παίρνει τα πράγματα πολύ στα σοβαρά. Γιατί, όχι μόνο ένα ολόγραμμα διαθέτει μια μαγεία ως προς τις ιδιότητές του και τον τρόπο που αυτό προβάλλεται μέσα στο χώρο, αλλά, επιπλέον, θα μπορούσαμε να επεκτείνουμε τις αρχές της ολογραφίας για να ερμηνεύσουμε τον τρόπο που λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος, ή, ακόμη, ολόκληρο το σύμπαν.


Ο τρόπος με τον οποίο προβάλλεται ένα ολόγραμμα είναι σχετικά απλός. Μία ακτίνα φωτός χωρίζεται σε δύο ακτίνες. Η μία από αυτές φωτίζει το αντικείμενο που πρόκειται να προβληθεί ολογραφικά, ενώ η άλλη ακτίνα καταλήγει κατευθείαν σε μια επιφάνεια καταγραφής (φιλμ). Η εικόνα του αντικειμένου αποθηκεύεται πάνω στο φιλμ από τη συμβολή των δύο ακτίνων, έτσι ώστε όταν στη συνέχεια φωτιστεί το φιλμ αναπαράγει την εικόνα του αντικειμένου μέσα στο χώρο. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του ολογράμματος είναι πως κάθε κομμάτι του φιλμ περιέχει την εικόνα ολόκληρου του αντικειμένου, έτσι ώστε όσες φορές κι αν κόψουμε αυτό το φιλμ, θα συνεχίσει να περιέχει ολόκληρη την εικόνα του αντικειμένου, αν και ολοένα και πιο θολή.

Τις βασικές αρχές της ολογραφίας χρησιμοποίησε η σύγχρονη επιστήμη και σε πεδία πολύ διαφορετικά από αυτό της οπτικής, στην οποία, λογικά, θα ταξινομούσαμε την ολογραφία. Για παράδειγμα, η ολογραφική αρχή έχει χρησιμοποιηθεί από τη βιολογία και την ιατρική για την εξήγηση του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου του ανθρώπου και άλλων πλασμάτων, έως την κοσμολογία για την ερμηνεία φυσικών φαινομένων, όπως οι μαύρες τρύπες. Σε μία ακόμα γενικότερη επέκταση, η ολογραφική αρχή θα μπορούσε να συνδεθεί με το ζήτημα της ανθρώπινης- ή πέρα του ανθρώπου- συνείδησης. Ότι δηλαδή όχι μόνο το σύμπαν λειτουργεί ως ένα ολόγραμμα, αλλά επιπλέον ότι αυτό που βιώνουμε ως πραγματικότητα δεν είναι παρά μια ‘κοσμική προβολή,’ από τις άπειρες που μπορούν να ανασυρθούν, από ένα ολόγραμμα, και ότι αυτήν τη συγκεκριμένη προβολή επιλέγει και αναπαράγει ως ‘αληθινή’ ο ανθρώπινος εγκέφαλος, μέσω της ανθρώπινης συνείδησης.

Στη μεταγενέστερη του Bohm φυσική, η ολογραφική αρχή προέκυψε ως ένα νοητικό μοντέλο και μαθηματική φόρμουλα στα πλαίσια της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας, στην προσπάθεια εξήγησης ενός φαινομένου που ονομάστηκε παράδοξο της πληροφορίας της μαύρης οπής (black hole information paradox). Μία μαύρη τρύπα απορροφά (κυριολεκτικά καταπίνει) οτιδήποτε βρεθεί αρκετά κοντά της (περάσει τον ορίζοντα συμβάντος). Όταν λέμε οτιδήποτε, εννοούμε και ύλη και ενέργεια. Επιπλέον, μπορούμε να θεωρήσουμε πως η ύλη και η ενέργεια περιέχουν κάποια πληροφορία. Επομένως η μαύρη οπή καταπίνει πληροφορίες. Βεβαίως, θα λέγαμε πως όση πληροφορία (ύλη κι ενέργεια) καταπίνει η μαύρη οπή, άλλη τόση πληροφορία θα είναι και αυτή που εμείς χάσαμε (από τον ορίζοντα συμβάντος δεν διαφεύγει τίποτε για να το ανακτήσουμε). Ως εδώ κανένα πρόβλημα: Διατήρηση της πληροφορίας, της ύλης και της ενέργειας, όλα εντάξει. Ο Hawking απέδειξε όμως ότι οι μαύρες οπές ακτινοβολούν (κυρίως θερμική ακτινοβολία). Αυτό βέβαια είναι καλό, αφενός γατί έτσι μπορούμε να τις εντοπίσουμε και αφετέρου γιατί κάποτε επιτέλους πεθαίνουν (φανταστείτε να κατασκευάζαμε τεχνητά μια μίνι μαύρη οπή η οποία θα ήταν άφθαρτη και διαρκώς θα μεγάλωνε!... ). Ωστόσο εδώ υπάρχει ένα πρόβλημα: Αφού η μαύρη οπή κάποτε εξατμίζεται (και ειδικότερα όπως έδειξε ο Hawking η εξάτμιση γίνεται μέσω θερμικής ακτινοβολίας διαφορετικής της αρχικής πληροφορίας), τότε πού πηγαίνει η πληροφορία που η μαύρη τρύπα είχε συνολικά καταπιεί; Αν η πληροφορία απλώς εξαφανίζεται, τότε παραβιάζουμε την αρχή διατήρησης της πληροφορίας (επομένως της ύλης κι ενέργειας).

Ο ‘t Hooft ήταν αυτός που αναλύοντας το παράδοξο πόρισμα του Hawking έδειξε πώς τα σωματίδια που εισέρχονται μέσα στη μαύρη τρύπα παραμορφώνουν βαρυτικά τον ορίζοντα συμβάντος και ότι αυτή η παραμόρφωση μπορεί να περιγράψει ακριβώς τα σωματίδια που εξέρχονται από τη μαύρη τρύπα με τη μορφή θερμικής ακτινοβολίας. Ο Susskind στη συνέχεια επεσήμανε πως αυτές οι διακυμάνσεις στον ορίζοντα συμβάντος αποτελούν μια πλήρη και συμμετρική περιγραφή (στα πλαίσια της θεωρίας των χορδών) των εισερχομένων και εξερχομένων σωματιδίων προς και από τη μαύρη τρύπα, ακριβώς όπως φωτίζοντας ένα ολόγραμμα παίρνουμε από αυτό μια εικόνα για την πληροφορία που περιέχει. Τώρα στην αναζήτησή μας μπαίνει πλέον για τα καλά και η θερμοδυναμική των μαύρων οπών και ειδικότερα η εντροπία. Τι σχέση έχει όμως η εντροπία με την προηγούμενη συζήτηση; Η (αρνητική) εντροπία είναι απλά ποσότητα χαμένης πληροφορίας, σύμφωνα, άλλωστε με τον τρόπο που ο Shannon όρισε την εντροπία. Η μαύρη οπή καταπίνει ύλη κι ενέργεια, επομένως πληροφορία. Άρα η (θετική) εντροπία της αυξάνεται. Πόσο αυξάνεται όμως και με ποιον τρόπο; Ο Bekenstein έδειξε πως η μαύρη οπή είναι αφενός ένα αντικείμενο μέγιστης εντροπίας (απ’ όλα τα αντικείμενα δηλαδή με τον ίδιο όγκο) και αφετέρου ότι η εντροπία της οπής είναι ανάλογη με το εμβαδό (περιοχή) του ορίζοντα συμβάντος.


Έτσι, έχουμε αισίως φτάσει στην πληρέστερη και σημαντικότερη διατύπωση της ολογραφικής αρχής: Η πληροφορία που περιέχει μια μαύρη οπή μπορεί να ανακτηθεί αποκλειστικά από μια θεωρία διακυμάνσεων του ορίζοντα συμβάντος και η ποσότητα αυτής της πληροφορίας (εντροπία) είναι ανάλογη της επιφάνειας του ορίζοντα συμβάντος- και όχι του όγκου. Με απλά λόγια, μια μαύρη τρύπα, αλλά και κάθε αντικείμενο μέσα στο σύμπαν, είναι μια αποθήκη πληροφορίας, και για να ανακτήσουμε αυτήν την πληροφορία αρκεί να ψάξουμε στην επιφάνεια αυτού του αντικειμένου. Τα πάντα όσα βρίσκονται μέσα σ’ ένα δωμάτιο, υπάρχουν (σε κάποια μορφή), στο ταβάνι, στους τοίχους και στα πατώματα. Όλο το σύμπαν μπορεί να απεικονιστεί πάνω στο ‘τσόφλι’ που το περικλείει, στον δικό του ορίζοντα συμβάντος. Αλλά αυτό ακριβώς δεν κάνει ένα ολόγραμμα, όταν περιέχει και επανεμφανίζει πάνω στην επιφάνεια ενός φιλμ ό, τι βρίσκεται μέσα στο χώρο;

Σύμφωνα με την ολογραφική αρχή, η φωτογραφία του post περιέχει στο μέγιστο 3*10^65 bits πληροφορίας. Κι ας είναι από ένα φλιτζάνι του τσαγιού. Η ολογραφική αρχή, αν και ακόμη αναπόδεικτη, ισχυρίζεται πως υπάρχει μία μέγιστη ποσότητα πληροφορίας στην επιφάνεια πάνω στην οποία περατώνεται μια περιοχή του χώρου. Πιο συγκεκριμένα, μία επιφάνεια με πλευρά ίση με το μήκος Planck (το ελάχιστο δυνατό μήκος) περιέχει ένα bit πληροφορίας. Ο συλλογισμός, που οφείλεται στον ‘t Hooft, προκύπτει από την διαπίστωση ότι η πληροφορία που περιέχει μία μαύρη οπή καθορίζεται από την επιφάνεια του ορίζοντα συμβάντος και όχι από τον όγκο της. Όλο το σύμπαν έχει ορίζοντα συμβάντος. Και όλο το σύμπαν μπορεί να αποτυπωθεί πάνω σ’ ένα κομμάτι καθρέφτη, κομμένο όλο και μικρότερο. Θα μπορούσαμε να βρούμε όλες τις πληροφορίες που αφορούν το σύμπαν μας σ’ ένα κόκκο της άμμου; Γιατί αν το σύμπαν είναι ένα γιγάντιο ολόγραμμα, τότε θα ισχύει ο κανόνας ‘το όλο στο ένα’. Η πιο συνταρακτική διαπίστωση πάντως στα πλαίσια της ολογραφικής αρχής είναι πως όπως ο χώρος δεν καθορίζει τα τοπία (πληροφορίες) μέσα σε αυτόν, έτσι πιθανόν και το μυαλό μας δεν καθορίζει την πραγματικότητα (συνείδηση), αλλά η συνείδηση είναι αυτή που καθορίζει την πραγματικότητα του μυαλού μας. Ας το σκεφτούμε αυτό…
--------------------------------




1 comment:

  1. Kάθε φορά λέω.. "ώχ μεγάλο είναι για τώρα". Και το αφήνω για μετά. Όπως και πολλά άλλα, βεβαίως-βεβαίως.

    Κι έτσι μένει σχεδόν πάντα ένα πτωχό πλην τίμιο " Γεια " για αυτό το καλοδουλεμένο very intersting blog-εγκυκλοπαίδεια,
    από μία φίλη εικονική με κόκκινο αίμα όμως μην ανησυχείς..χαχα


    και..γειάα!

    :0D

    ReplyDelete