Morda drzna hipoteza o vesolju, ki jo je postavil slavni fizik Stephen Hawking, res drži

Iz šole smo naučeni in tako se tudi zdi v vsakdanjem življenju, da sta čas in prostor nekaj, kar obstaja samo po sebi in sta nekakšen "že od vsega začetka postavljen oder", na katerem se odvija predstava, ki jo izvaja vesolje.

A v sodobni fiziki se je pojavil tudi drugačen pogled. Predstavil ga je slavni britanski fizik Stephen Hawking, ki se je v svojem življenju veliko ukvarjal z vprašanji o začetku vesolja.

Posebej v zadnjih letih ga ni več zanimalo zgolj, kako se je vesolje začelo, ampak si je postavil še bolj radikalno vprašanje: ali je čas temeljna lastnost realnosti?

Iz tega vprašanja se je razvila hipoteza, ki jo imenujemo "hipoteza o holografskem vesolju".

Ta govori o tem, da prostor, čas in gravitacija morda niso osnovna struktura vesolja, ampak nastanejo iz bolj temeljnega kvantnega opisa – torej so posledica globljih fizikalnih zakonov.

V fiziki za to uporabljajo izraz "emergentni pojav" (iz latinske besede "emergere", ki pomeni "vznikniti" ali "pojaviti se").

Primer emergentnega pojava je temperatura, ki predstavlja povprečno kinetično energijo molekul v snovi – torej ni pojav sam zase, ampak izhaja iz bolj osnovnih procesov na mikroskopski ravni.

Po holografski hipotezi lahko na najbolj osnovni ravni vesolja obstaja kvantni opis, v katerem čas, kot ga poznamo, še ne nastopa. Prostor, ki ga zaznavamo, pa je makroskopski opis te globlje ravni.

Prostor kot projekcija

Sliši se zapleteno – in tudi je –, vendar si lahko to pomagamo predstavljati z analogijo.

Tak osnovni opis si lahko zamislimo kot nekakšen zemljevid, na katerem so zajete vse informacije o prostoru, ne da bi se na njem karkoli "dogajalo" v času.

Bistvo holografske hipoteze je torej, da so ključne informacije o vesolju opisljive na bolj temeljni ravni, iz katere se nato pojavi njegov razvoj – to, kar zaznavamo kot tok časa.

Pomembno vlogo pri tem imajo kvantne informacije in pojav, imenovan kvantna prepletenost (angleško: entanglement), pri katerem so stanja delcev med seboj neločljivo povezana.

Vesolje je lahko na tej ravni razumljeno kot kompleksna mreža takšnih povezav.

V nekaterih različicah holografske ideje je ta osnovni opis mogoče matematično predstaviti na nekakšni "meji" prostora, iz katere se nato pojavi njegova notranjost – skupaj s časom.

Ta "meja" ni nujno fizični rob vesolja, temveč abstrakten (matematičen) način opisa v fizikalnih teorijah.

Če uporabimo analogijo z zemljevidom: vesolje bi lahko bilo opisano z "zemljevidom", prostor, v katerem živimo, pa bi bil nekakšna tridimenzionalna projekcija tega opisa, v katerem se odvija "potovanje".

Osnovni gradniki tako niso toliko "točke v prostoru", ampak odnosi med kvantnimi stanji.

Kako je s časom?

V takšni sliki vesolja tudi čas ni nekaj osnovnega, ampak se pojavi kot del opisa notranjosti.

To si lahko ponazorimo z analogijo filma na računalniškem disku: na disku ni gibanja in ni časa – obstaja le zapis. Čas in dogajanje se pojavita šele, ko film predvajamo.

Mi smo v tej analogiji kot liki v filmu, ki ne zaznavajo celotnega zapisa hkrati, ampak doživljajo zaporedje prizorov.

To pa tudi ne pomeni nujno, da je prihodnost že vnaprej določena, saj kvantna teorija še vedno vključuje elemente nedoločenosti.

V takšnem okviru preteklost in prihodnost nista nujno "kraja", ki obstajata neodvisno, ampak sta del opisa vesolja.

Pri tem lahko v ekstremnih pogojih, kot je bližina velikega poka, klasični pojem časa izgubi svoj pomen.

Zakaj "holografska" hipoteza?

Poglejmo še, zakaj se hipoteza imenuje holografska.

Verjetno marsikdo od vas pozna izraz "hologram".

Hologrami so tehnologija, pri kateri ustvarimo navidezno tridimenzionalno sliko s pomočjo dvodimenzionalnega zapisa na površini.

Primer holograma so recimo hologramske slike na evrskih bankovcih, ki nastanejo samo, če bankovce opazujemo pod določenim kotom, sicer pa jih ne vidimo, ali pa avatarji pokojnih ali še živečih pevcev.

Ključna ideja holograma oziroma holografije je, da lahko informacije o tridimenzionalnem objektu shranimo na dvodimenzionalnem mediju.

Podobno idejo so fiziki razvili v 90. letih prejšnjega stoletja pri preučevanju črnih lukenj.

Ugotovili so, da količina informacij v črni luknji ni odvisna od njenega volumna, ampak od površine njenega dogodkovnega obzorja.

To je nakazalo, da bi lahko bile informacije o prostoru zapisane na njegovi meji, ne pa v njegovi notranjosti.

Ta uvid je postal eden ključnih temeljev holografskega principa.

Ali hipoteza o holografskem vesolju drži?

Za zdaj sodobna fizika nima neposrednih dokazov, da je hipoteza pravilna – pa tudi ne, da je napačna. Ima pa pomembno podporo v teoretičnih modelih. Eden izmed zagovornikov takšnega pristopa je profesor Thomas Hertog z univerze v Leuvenu, Hawkingov dolgoletni sodelavec.

Hertog je o teh idejah pred kratkim pisal tudi za BBC znanstveni portal Science Focus, kjer omenja, da so nedavna opazovanja gravitacijskih valov prvič eksperimentalno potrdila eno ključnih Hawkingovih napovedi.

Znanstveniki so analizirali gravitacijske valove, ki so nastali ob združitvi dveh črnih lukenj, in ugotovili, da se je skupna površina njunih dogodkovnih obzorij povečala.

To je v skladu s Hawkingovimi izračuni, ki napovedujejo, da skupna površina ob združitvah ne more upasti.

Rezultat je pomemben, ker potrjuje teorijo o entropiji črnih lukenj, ki je povezana z njihovo površino. Ta lastnost je skladna z idejami holografskega principa, ne predstavlja pa njihove neposredne potrditve.

Hertog zato te rezultate razume kot prvo eksperimentalno podporo širšim idejam, na katerih temelji holografski pristop, ne pa kot dokaz, da je vesolje dejansko hologram.

Dodatne vpoglede bi lahko v prihodnosti prinesla tudi opazovanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja – sevanja, ki predstavlja "odmev" velikega poka.

Kaj bi pomenilo, če bi holografska hipoteza bila potrjena?

Če bi se takšne ideje potrdile, bi lahko ponudile nov način razumevanja začetka vesolja in pomagale poenostaviti nekatere obstoječe kozmološke modele, ki danes vodijo do koncepta multiverzuma – množice možnih vesolij, ki jih je težko eksperimentalno preveriti.

Hkrati bi tak pristop lahko omogočil bolj nadzorovane in preverljive napovedi o razvoju vesolja.

Ena od zanimivih posledic takšnega pogleda je tudi vprašanje začetka časa.

V standardnem modelu ima vesolje svoj začetek, ki ga imenujemo veliki pok. V okviru holografskih idej pa lahko veliki pok predstavlja mejo, kjer klasični opis časa preneha veljati.

V takem primeru vprašanje "kaj je bilo prej" morda sploh ni smiselno – ne zato, ker bi poznali odgovor, ampak zato, ker pojem "prej" v tem okviru izgubi pomen.

Veliki pok tako ni nujno točka v času, temveč meja našega opisa, kjer se klasični čas "raztopi" v bolj osnovnem kvantnem opisu realnosti.