Ein Hologramm ist eines der interessantesten „flachen“ Objekte, die vom Menschen geschaffen wurden. Hologramme codieren vollständige Informationen über ein dreidimensionales Bild in einer zweidimensionalen Ebene und ändern ihr Erscheinungsbild mit einem Perspektivwechsel. Viele Ergänzungen zu unserem Verständnis des Universums besagen, dass das Konzept der drei Dimensionen unserer Welt nur existiert, weil wir nicht mehr als drei wahrnehmen können; in der Tat kann es mehr geben. Darüber hinaus besteht die verlockende Möglichkeit, dass wir alle eine holographische Projektion des Universums mit einer großen Anzahl von Dimensionen sind, die aus einer bestimmten Perspektive betrachtet werden. Der Leser möchte mehr über dieses Thema erfahren und fragt:
Das holographische Universum scheint Erklärungen für viele Probleme zu liefern. Unter der Annahme, dass diese Ansicht korrekt ist, wie ist die Beziehung zwischen einer zweidimensionalen Oberfläche und einer dreidimensionalen Darstellung? Ist ein Beispiel eines gewöhnlichen Hologramms zur Reflexion über dieses Thema geeignet?
Wir haben Hologramme getroffen, aber die meisten Menschen wissen nicht, wie sie ausgehen. Die Wissenschaft hinter ihnen ist tatsächlich erstaunlich.
Das Fotografieren ist eine einfache Sache: Sie müssen das vom Objekt emittierte oder reflektierte Licht aufnehmen, durch das Objektiv fokussieren und auf einer ebenen Fläche erfassen. So funktioniert nicht nur die Fotografie, sondern auch Ihre Augen zu einem bestimmten Zeitpunkt: Eine Linse in Ihrem Auge fokussiert das Licht und klebt es mit Kegeln auf dem Rücken auf, um es an das Gehirn zu senden, das das Licht verarbeitet und ein Bild erzeugt.
Mit einer speziellen Emulsion und kohärentem Licht (z. B. einem Laser) können Sie jedoch eine Karte des gesamten Lichtfelds des Objekts erstellen, bei der es sich um ein Hologramm handelt. Sie können alle Änderungen in Dichte, Textur, Transparenz und mehr genau aufzeichnen. Wenn Sie diese flache zweidimensionale Karte korrekt markieren, wird der gesamte Satz dreidimensionaler Informationen angezeigt, die aus Ihrer Sicht erhalten werden können. Es ist jedoch überraschend, dass dies für jede Sichtweise möglich ist. Wenn Sie es auf einen Metallfilm gedruckt haben, erhalten Sie ein gewöhnliches Hologramm.
In dem Universum, das wir wahrnehmen, stehen uns drei räumliche Dimensionen zur Verfügung. Aber was ist, wenn es mehr gibt? Kann unser dreidimensionales Universum codierte Informationen über die Realität mit vier oder mehr Dimensionen enthalten, so wie ein reguläres Hologramm, eine zweidimensionale Oberfläche, einen vollständigen Satz von Informationen über ein dreidimensionales Universum codiert? Es stellt sich heraus, dass vielleicht - und daraus ergeben sich einige sehr lustige Möglichkeiten, aber sie haben auch wichtige Einschränkungen für das Verständnis.
Die Idee, dass sich unser Universum als Hologramm herausstellen könnte, kam aus der Stringtheorie. Die Stringtheorie entstand aus der Annahme - dem String-Modell -, das die starken Wechselwirkungen erklärt, die in Protonen, Neutronen und anderen Baryonen (und Mesonen) auftreten, die eine zusammengesetzte Struktur haben. Zwar gab sie eine ganze Reihe bedeutungsloser Vorhersagen heraus, die nicht Experimenten entsprechen, zum Beispiel über die Existenz eines Teilchens mit einem Spin von zwei. Aber die Leute haben gesehen, dass die Saitenplattform alle bekannten fundamentalen Wechselwirkungen mit der Schwerkraft kombinieren kann, wenn man die Energie sehr stark auf die Planck-Skala hochzieht - und so wurde die Stringtheorie geboren. Die Besonderheit (oder der Nachteil, wie man aussieht) dieses Versuchs, den „Heiligen Gral“ der Physik zu erreichen, ist jedoch, dass er unbedingt in zusätzlichen Dimensionen arbeiten muss. Es stellte sich also die Frage, wie wir unser Universum mit drei räumlichen Dimensionen aus einer Theorie mit einer großen Anzahl von ihnen gewinnen können. Und welche der Stringtheorien, denn es kann viele geben, oder?
Vielleicht sind diese verschiedenen Versionen von Stringtheorie-Modellen tatsächlich verschiedene Teile einer fundamentalen Theorie, aus einer anderen Perspektive betrachtet. In der Mathematik werden zwei äquivalente Systeme als duale Systeme bezeichnet, und eine der unerwarteten Entdeckungen im Zusammenhang mit dem Hologramm legt nahe, dass manchmal zwei duale Systeme eine unterschiedliche Anzahl von Dimensionen haben. Die Physiker freuten sich sehr über diese Entdeckung, da der Physiker Juan Muldacena 1997 eine „
AdS / CFT-Korrespondenz “ vorschlug, die darauf hinwies, dass unser Universum mit drei Dimensionen (und Zeit) mit Quantenfeldtheorien, die Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen beschreiben, dual zur Raumzeit ist Eine große Anzahl von Dimensionen (
Anti-De-Sitter-Raum ) spielt eine Rolle in der Quantentheorie der Schwerkraft.
Bisher korrelieren alle Dualitäten, die wir entdeckt haben, die Eigenschaften des Raums höherer Dimensionen und seiner Grenzen mit einer geringeren Anzahl von Dimensionen: einer Abnahme der Messungen um eins. Es ist noch nicht klar, ob wir von einer 10-dimensionalen Stringtheorie zu einem 3-dimensionalen Universum übergehen können, so dass sie dual zueinander sind. Die von uns erstellten zweidimensionalen Hologramme codieren nur dreidimensionale Informationen. Wir können keine vierdimensionalen Informationen in einem zweidimensionalen Hologramm oder einem dreidimensionalen Universum in einer Dimension codieren.
Ein weiteres interessantes Merkmal der Dualität zweier Räume mit unterschiedlichen Dimensionen sind weniger Informationen auf einer Oberfläche mit weniger Dimensionen als im Volumen des gesamten von der Oberfläche begrenzten Raums. Wenn Sie also alles messen können, was an der Oberfläche passiert, können Sie herausfinden, was im Inneren des Volumens vor sich geht. Was in einem Teil des Bandes passiert, hängt möglicherweise mit dem zusammen, was an einem anderen Ort passiert, und nicht unabhängig voneinander. Es mag seltsam erscheinen, aber hier lohnt es sich, an die Quantenverschränkung zu erinnern, und wie die Messung der Eigenschaften eines Mitglieds eines verschränkten Systems Ihnen sofort Informationen über ein anderes gibt. Es ist möglich, dass das Hologramm mit diesem Merkmal der Natur verbunden ist.
Dualität ist eine mathematische Tatsache und eine faszinierende physikalische Möglichkeit. Wird es zu einem tieferen Verständnis unseres Universums führen? Es ist möglich, aber bisher wissen wir nicht genau, wie weit sich seine Konsequenzen erstrecken und ob es uns den Übergang von der Eichentheorie zur solch begehrten Quantengravitation eröffnen wird. Aber es gibt Hoffnung. Wenn sich das Universum wirklich als Hologramm herausstellt, hat dies genau solche Konsequenzen!