Carl Hogan, Fermilab-Physiker, der auf dem Gravitationswellendetektor GEO 600 basiert, schlägt vor, dass unser 3D-Universum ein Hologramm sein kann
- 2013
2008 sorgte der Teilchenastrophysiker Carl Hogan, der am Fermilab arbeitet, mit einem erstaunlichen Vorschlag für Aufsehen: Das 3D-Universum, in dem wir zu leben glauben, ist nichts anderes als ein Hologramm. Jetzt baut er die genaueste Uhr aller Zeiten, um direkt zu messen, ob unsere Realität eine Illusion ist.
Die Idee, dass die Raumzeit möglicherweise nicht vollständig glatt ist - wie ein digitales Bild, das ein wachsendes Pixel zeigt, wenn es vergrößert wird - wurde zuvor von Stephen Hawking und anderen vorgeschlagen. Ein möglicher Beweis für dieses Modell ist letztes Jahr in einem unerklärlichen "Rauschen" aufgetreten, das das GEO600-Experiment in Deutschland beeinträchtigt, das nach Gravitationswellen von Schwarzen Löchern sucht. Für Hogan deutet dieses Rauschen darauf hin, dass das Experiment die untere Grenze der Auflösung von Raum-Zeit-Pixeln erreicht hat.
Die Physik der Schwarzen Löcher, in der Raum und Zeit komprimiert sind, liefert eine Grundlage für die Mathematik, die zeigt, dass die dritte Dimension möglicherweise nicht existiert. In dieser zweidimensionalen Zeichnung des Universums wäre das, was wir als dritte Dimension wahrnehmen, in Wirklichkeit eine Projektion der Zeit, die mit der Tiefe verflochten ist. Wenn dies zutrifft, kann die Illusion nur aufrechterhalten werden, bis unsere Ausrüstung empfindlich genug ist, um ihre Grenzen zu finden.
"Man kann nicht wahrnehmen, weil sich nichts immer schneller als das Licht bewegt", sagt Hogan. "Diese holographische Vision ist, wie das Universum aussehen würde, wenn man auf einem Photon wäre."
Nicht jeder ist mit dieser Idee einverstanden. Ihre Grundlagen sind, wie in der theoretischen Physik üblich, die Mathematik anstelle von reinen Daten. Und obwohl ein holographisches Universum viele Fragen zur Physik von Schwarzen Löchern und anderen Paradoxien beantworten könnte, widerspricht es der klassischen Geometrie, die ein Universum mit kontinuierlichen und glatten Wegen in der Raum-Zeit erfordert.
"Deshalb wollen wir eine Maschine bauen, die die empfindlichste Messung der Raum-Zeit-Werte ermöglicht, die es je gab", sagt Hogan. "Das ist das Holometer." 2008 sorgte der Teilchenastrophysiker Carl Hogan, der am Fermilab arbeitet, mit einem erstaunlichen Vorschlag für Aufsehen: Das 3D-Universum, in dem wir zu leben glauben, ist nichts anderes als ein Hologramm. Jetzt baut er die genaueste Uhr aller Zeiten, um direkt zu messen, ob unsere Realität eine Illusion ist.
"Deshalb wollen wir eine Maschine bauen, die die empfindlichste Messung der Raum-Zeit-Werte ermöglicht, die es je gab", sagt Hogan. "Das ist das Holometer."
Der Name "Holometer" wurde erstmals für ein Messgerät verwendet, das im 17. Jahrhundert hergestellt wurde und "alle Messungen auf der Erde und im Himmel durchführt". Hogan fand, dass es gut zur Mission seines "holographischen Interferometers" passte, das derzeit im größten Laserlabor in Fermilab entwickelt wird.
In einem klassischen Interferometer, das ursprünglich Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt wurde, trifft ein Laserstrahl im Vakuum auf einen als Strahlteiler bekannten Spiegel, der ihn in zwei Teile teilt. Die beiden Strahlen bewegen sich in unterschiedlichen Winkeln entlang zweier Vakuumröhren, bevor sie am Ende auf die Spiegel treffen und zum Teiler zurückprallen.
Während sich das Vakuumlicht mit konstanter Geschwindigkeit ausbreitet, sollten die beiden Strahlen genau zur gleichen Zeit wieder am Spiegel eintreffen, wobei ihre Wellen synchronisiert werden, um einen einzelnen Strahl umzuformen. Jegliche störende Vibration verändert die Frequenz der Wellen über die zurückgelegte Strecke geringfügig. Bei der Rückkehr zum Divisor werden sie nicht mehr synchronisiert.
Im Holometer wird dieser Synchronisationsverlust als Bewegung oder Vibration angesehen, die Bewegungen in der Raum-Zeit selbst darstellt, wie das weiße Rauschen des Radios, das über eine sehr kleine Bandbreite ankommt.
Fermilab baut die genaueste Uhr aller Zeiten, um direkt zu messen, ob unsere Realität eine Illusion ist.
Die Genauigkeit des Holometers bedeutet, dass es nicht groß sein muss; 40 Meter lang, nur ein Hundertstel der Größe der Interferometer, mit denen derzeit Gravitationswellen von Schwarzen Löchern und Supernovae gemessen werden. Obwohl die Frequenzen der gemessenen Raumzeit so schnell sind, muss sie in sehr kurzen Zeitintervallen präziser sein, sieben Größenordnungen genauer als jede andere Uhr Atomar vorhanden.
Die Raum-Zeit-Schocks treten millionenfach pro Sekunde auf, tausendmal mehr, als Ihr Ohr hören kann, sagt Aaron Chou, Experimentalphysiker am Fermilab, dessen Labor Prototypen des Holometers entwickelt. Die Materie rührt sich nicht gern mit dieser Geschwindigkeit. Sie könnten Gravitationsfrequenzen mit Kopfhörern hören.
Der Haupttrick, sagt Chou, besteht darin, zu zeigen, dass die Vibrationen nicht vom Instrument ausgehen. Mit einer ähnlichen Technologie wie bei Kopfhörern, die Geräusche unterdrücken, erfassen die externen Sensoren des Instruments Vibrationen und schütteln den Spiegel mit der gleichen Frequenz, um diese zu unterdrücken. Jede Bewegung, die häufiger auftritt, ist nach Ansicht der Forscher ein Beweis für die Diffusion von Raum-Zeit.
Der Laserstrahl des Gravitationswellendetektors GEO 600 ist nur mit einem speziellen Gerät sichtbar.
Mit langen Armen am Holometer erhöhen wir die Unsicherheit der Raumzeit, sagt Chou. Hogans Team mochte die Idee des Holometers so sehr, dass sie beschlossen, zwei zu bauen. Die übereinander angeordneten Instrumente können die Messungen gegenseitig bestätigen.
Nachdem es diesen Monat gelungen ist, einen 1-Meter-Prototyp des 40-Meter-Arms zu bauen, werden die Teile des ersten Vakuumarms geschweißt. Hogan hofft, im nächsten Jahr Daten aufzeichnen zu können. Menschen, die versuchen, die Realität zu formen, haben keine Daten, nur eine Menge schöner Mathematik, sagt Hogan . Ich hoffe, das gab ihnen etwas, mit dem sie arbeiten konnten.
