Un hologramme est l'un des objets «plats» les plus intéressants créés par l'homme. Encodant des informations complètes sur une image tridimensionnelle sur un plan bidimensionnel, les hologrammes changent d'apparence avec un changement de perspective. De nombreux ajouts à notre compréhension de l'Univers disent que le concept de trois dimensions de notre monde n'existe que parce que nous ne pouvons en percevoir plus de trois; en fait, il peut y en avoir plus. De plus, il y a une possibilité tentante que nous soyons tous une projection holographique de l'univers avec un grand nombre de dimensions, observées dans une certaine perspective. Le lecteur souhaite en savoir plus sur ce sujet et demande:
L'univers holographique semble fournir des explications à de nombreux problèmes. En supposant que cette vue est correcte, quelle est la relation entre une surface bidimensionnelle et une représentation tridimensionnelle? Un exemple d'hologramme ordinaire convient-il à la réflexion sur ce sujet?
Nous avons rencontré des hologrammes, mais la plupart des gens ne savent pas comment ils se présentent. La science derrière eux est en fait incroyable.
La photographie est une chose simple: vous devez prendre la lumière émise ou réfléchie par l'objet, la focaliser à travers l'objectif et la capturer sur une surface plane. C'est ainsi que non seulement la photographie fonctionne, mais aussi vos yeux à un moment donné: une lentille dans votre œil concentre la lumière et colle avec des cônes sur son dos pour l'enregistrer, l'envoyer au cerveau qui traite la lumière et produit une image.
Mais en utilisant une émulsion spéciale et une lumière cohérente (par exemple, un laser), vous pouvez créer une carte de l'ensemble du champ lumineux de l'objet, qui est un hologramme. Vous pouvez enregistrer avec précision tous les changements de densité, de texture, de transparence et plus encore. Si vous mettez correctement en surbrillance cette carte plate en deux dimensions, elle affichera l'ensemble complet des informations en trois dimensions qui peuvent être obtenues de votre point de vue, mais il est surprenant qu'elle puisse le faire pour n'importe quel point de vue. Après l'avoir imprimé sur un film métallique, vous obtenez un hologramme ordinaire.
Dans l'univers que nous percevons, trois dimensions spatiales s'offrent à nous. Mais s'il y en a plus? Notre univers tridimensionnel peut-il contenir des informations codées sur la réalité avec quatre dimensions ou plus de la manière qu'un hologramme régulier, une surface bidimensionnelle, code un ensemble complet d'informations sur un univers tridimensionnel? Il s'avère que peut-être - et de cela quelques possibilités très drôles se présentent, mais elles ont également des limites importantes pour la compréhension.
L'idée que notre univers pourrait devenir un hologramme est venue de la théorie des cordes. Et la théorie des cordes est née de l'hypothèse - le modèle des cordes - qui explique les fortes interactions qui se produisent à l'intérieur des protons, neutrons et autres baryons (et mésons) qui ont une structure composite. Certes, elle a émis tout un tas de prédictions sans signification qui ne correspondent pas à des expériences, par exemple, sur l'existence d'une particule avec un spin égal à deux. Mais les gens ont vu que si vous tirez l'énergie très fortement, à l'échelle de Planck, la plate-forme de cordes peut combiner toutes les interactions fondamentales connues avec la gravité - et donc la théorie des cordes est née. Mais la particularité (ou l'inconvénient, comment regarder) de cette tentative d'atteindre le «Saint Graal» de la physique est qu'elle doit absolument travailler dans des dimensions supplémentaires. Alors la question s'est posée - comment obtenir notre Univers, à trois dimensions spatiales, à partir d'une théorie avec un grand nombre d'entre elles? Et laquelle des théories des cordes, car il peut y en avoir beaucoup, non?
Peut-être que ces diverses versions des modèles de théorie des cordes sont en réalité différentes parties d'une théorie fondamentale, vues sous un angle différent. En mathématiques, deux systèmes équivalents sont appelés systèmes doubles, et l'une des découvertes inattendues liées à l'hologramme suggère que parfois deux systèmes doubles ont un nombre différent de dimensions. Les physiciens étaient très heureux de cette découverte, car en 1997 le physicien Juan Muldacena a proposé une «
correspondance AdS / CFT », qui suggérait que notre univers à trois dimensions (et le temps), avec des théories quantiques de champ décrivant les particules élémentaires et leurs interactions, est duel à l'espace-temps avec un grand nombre de dimensions (espace
anti-de Sitter ) jouant un rôle dans la théorie quantique de la gravité.
Jusqu'à présent, toutes les dualités que nous avons découvertes corrèlent les propriétés de l'espace de dimensions supérieures et de ses frontières avec un plus petit nombre de dimensions: une diminution des mesures d'une unité. Il n'est pas encore clair si nous pouvons passer d'une théorie des cordes à 10 dimensions à un univers à 3 dimensions afin qu'elles soient duales les unes des autres. Les hologrammes bidimensionnels que nous créons n'encodent que des informations tridimensionnelles. Nous ne pouvons pas coder des informations à quatre dimensions sur un hologramme à deux dimensions ou un univers à trois dimensions dans une dimension.
Une autre caractéristique intéressante de la dualité de deux espaces avec des dimensions différentes est moins d'informations sur une surface avec moins de dimensions que dans le volume de l'espace entier délimité par la surface. Par conséquent, si vous pouvez mesurer tout ce qui se passe à la surface, vous pouvez savoir ce qui se passe à l'intérieur du volume. Ce qui se passe dans une partie du volume peut être lié à ce qui se passe dans un autre endroit et ne pas se produire indépendamment. Cela peut sembler étrange, mais ici, il convient de rappeler l'intrication quantique et la façon dont la mesure des propriétés d'un membre d'un système enchevêtré vous donne instantanément des informations sur un autre. Il est possible que l'hologramme soit associé à cette caractéristique de la nature.
La dualité est un fait mathématique et une possibilité physique intrigante. Cela mènera-t-il à une compréhension plus profonde de notre univers? C'est possible, mais jusqu'à présent, nous ne savons pas exactement dans quelle mesure ses conséquences s'étendent et si cela nous ouvrira le passage de la théorie de la jauge à une gravité quantique si convoitée. Mais il y a de l'espoir. Si l'univers se révèle vraiment être un hologramme, alors cela aura de telles conséquences!