E se houver uma realidade mais profunda lá fora?

E se nosso universo for uma ilusão?

E se estivermos vivendo em um holograma?

Deixa Twilight Zone música.

Ou, alternativamente, pergunte ao professor associado de física Matthew Headrick sobre sua pesquisa. Headrick trabalha com uma das teorias mais avançadas da física teórica - o princípio holográfico. Afirma que o universo é uma imagem tridimensional projetada de uma superfície bidimensional, muito parecido com um holograma emerge de uma folha de filme fotográfico.

"Na minha opinião, a descoberta do emaranhamento holográfico e suas generalizações tem sido um dos desenvolvimentos mais interessantes da física teórica neste século até agora, "Headrick disse." Quais outros novos conceitos estão esperando para serem descobertos, e que outras conexões inesperadas? Mal podemos esperar para descobrir. "

Desde 2016, Headrick atuou como vice-diretor do "It from Qubit:Quantum Fields, Projeto Gravidade e Informação ", um esforço internacional de 18 cientistas e seus laboratórios para determinar se o princípio holográfico está correto. É financiado por um mandato de 4 anos, Doação de US $ 10 milhões da Simons Foundation, com sede em Nova York.

Se Headrick e seus colegas puderem provar o princípio holográfico, eles terão dado um grande passo para alcançar o Santo Graal na física teórica, uma grande teoria unificada que pode explicar todas as leis e princípios que governam a realidade. "Ainda não chegamos lá, "Headrick disse, "mas estamos progredindo."

Vamos analisar o princípio holográfico passo a passo:

Em formação

Vamos começar pequeno, muito pequeno. Há muito se pensa que o universo em seu nível mais fundamental é feito de partículas subatômicas como elétrons ou quarks. Mas agora os físicos acreditam que essas partículas são feitas de algo ainda menor - informação.

Quando os físicos falam sobre informação, eles significam os dados que descrevem fenômenos físicos. A massa de um objeto, a direção do spin de um elétron, e e =mc ^ 2 são todas unidades de informação.

Se você reuniu todas as informações que estão por aí, você teria o livreto de instruções completo para construir tudo em nosso universo.

Qubits

Os menores níveis do universo são governados pelas leis da mecânica quântica. Aqui as coisas começam a ficar muito estranhas e contra-intuitivas.

As unidades de informação no domínio da mecânica quântica são chamadas de qubits.

Headrick estuda o emaranhamento quântico de qubits, um fenômeno muito estranho, exclusivo para o reino da mecânica quântica.

Suponha que você tenha dois qubits cujos valores podem ser 1 ou 0. Quando os qubits estão emaranhados, seus valores se correlacionam. Quando você mede o primeiro qubit, seu valor pode acabar sendo 0. Verifique o outro qubit, seu valor pode ser 0, também. Mas e se o primeiro qubit tiver o valor 1? O valor do segundo qubit também pode mudar para 1.

É como se os qubits se comunicassem entre si, com o primeiro contando o segundo, "Ei, este físico aqui acabou de descobrir que sou 1. É melhor você ser 1, também. "Incrivelmente e bizarramente, essa comunicação pode acontecer em grandes distâncias com mensagens aparentemente retransmitidas mais rápido do que a velocidade da luz.

Qubits são planos

Na maioria dos casos, quando você joga um objeto em uma jarra - usaremos um feijão de geléia - ele cairá dentro e ocupará espaço. Coloque outra jujuba, a quantidade de espaço não preenchido diminui e o volume das jujubas aumenta.

Não funciona assim com qubits. Qubits não vai cair na jarra, mas em vez disso, espalha-se sobre uma superfície. Adicione um qubit, ele vai aderir à lateral do frasco. Adicione outro qubit, fará o mesmo. Aumentar o número de qubits não aumenta o volume. Em vez de, aumenta a área de superfície que os qubits ocupam.

Mais e mais qubits se espalhando por uma superfície plana - é assim que você obtém o plano bidimensional descrito pelo princípio holográfico.

Então, como você obtém três dimensões?

Depois de ir além do reino do pequenininho, as leis da mecânica quântica não funcionam mais. Por mais estranho que pareça, no nível macrocósmico, você precisa de um conjunto diferente de leis da física para explicar o que está acontecendo.

Entra na teoria da relatividade de Einstein. Para calcular eventos cósmicos, como o caminho seguido pela luz ou a órbita de Mercúrio ao redor do sol, você precisa da teoria da relatividade.

Os blocos de construção da relatividade também são unidades de informação. Agora, porém, eles são chamados de bits.

E os bits se comportam de uma maneira muito mais familiar para nós. Eles existem em três dimensões.

Então, como você consegue um holograma?

Voltemos àquela superfície bidimensional coberta por qubits emaranhados. Uma vez que o valor de um qubit muda dependendo do valor de seu par emaranhado, há um grau de indeterminação embutido no sistema. Se você ainda não mediu o primeiro qubit, você não pode ter certeza sobre o segundo. A quantidade de incerteza em qualquer sistema é chamada de entropia.

À medida que os qubits se tornam emaranhados e desenredados, o nível de entropia sobe e desce. Você acaba com campos de entropia em um estado de mudança constante.

O princípio holográfico afirma que nosso mundo tridimensional é uma representação ou projeção de toda essa atividade que ocorre em uma superfície bidimensional cheia de qubits.

Juntando tudo

Os físicos sempre incomodam que haja um conjunto de regras para o microcósmico, mecânica quântica, e outro para o macrocósmico, a teoria da relatividade. Não faz sentido que devam existir dois grupos diferentes e incompatíveis de fórmulas matemáticas em funcionamento em nosso universo. Os físicos presumem que deve haver alguma maneira de harmonizá-los.

Portanto, é aí que reside a questão central para Headrick e seus colegas:começando no reino bidimensional dos qubits e da mecânica quântica e, em seguida, aumentando o tamanho, com que precisão acabamos com bits e relatividade? É uma questão de construir um único modelo matemático que explique a transformação.

Descubra e você terá resolvido um dos maiores mistérios da física teórica. Do menor ao maior fenômeno, teremos uma teoria unificada da realidade.

No momento, o princípio holográfico continua sendo uma teoria não comprovada. Aonde isso levará a seguir é uma questão em aberto. As probabilidades são, porém, será mais estranho do que qualquer coisa já imaginada na ficção científica.