Există o serie de fizicieni de renume care par să-i dea dreptate, peste milenii, lui Platon cu al său "Mit al peşterii". Ei susţin că, deşi toate simţurile noastre ne asigură că realitatea înconjurătoare este tridimensională, adevărata esenţă a Universului ar fi bidimensională, iar lumea pe care o vedem în jurul nostru nu este decât o proiecţie holografică 3D a acestei realităţi 2D. Această teorie poartă denumirea de principiul holografic şi are numeroşi susţinători în condiţiile în care reuşeşte, din punct de vedere matematic, să împace fizica clasică, a corpurilor mari, cu fizica cuantică şi poate explica şi ce se întâmplă în singularitatea unei găuri negre, locul unde fizica aşa-zis "convenţională" încetează să mai aibă vreun sens.
Principiul holografic sugerează că întregul Univers poate fi privit ca o structură informaţională bidimensională, iar mediul înconjurător şi noi am putea fi o proiecţie holografică a proceselor fizice care au loc pe o suprafaţă bidimensională îndepărtată. Conceptul a fost propus pentru prima oară de către Gerard't Hooft şi a fost transformat într-o interpretare corectă a teoriei stringurilor (corzilor) prin contribuţia lui Leonard Susskind, care a combinat ideile sale cu cele anterioare ale lui Gerard't Hooft şi ale lui Thorn Charles.
Legile fizicii par să aibă mai mult sens atunci când sunt aplicate unui Univers 2D decât unuia 3D
La fel ca personajele unui film, noi trăim pe o suprafaţă plană care pare că are şi profunzime. Poate părea absurd, dar dacă fizicienii pornesc de la această ipoteză şi introduc Universul 2D în calculele lor, o serie de mari probleme cu care se confruntă fizic - cum ar fi natura găurilor negre şi imposibilitatea reconcilierii dintre gravitaţie şi fizica cuantică - devin mult mai uşor de rezolvat. Pe scurt, legile fizicii par să aibă mai mult sens atunci când sunt aplicate într-un Univers 2D decât în unul 3D. "Există numeroşi fizicieni teoreticieni care nu consideră această teorie drept o speculaţie nebună. (Această teorie) a devenit un instrument folosit zi de zi pentru a rezolva cele mai grele probleme ale fizicii", susţine Leonard Susskind, celebrul fizician de la Universitatea Stanford, care a definit prima dată principiul holografic în urmă cu câteva decenii.
În lucrarea sa "The Fabric of the Cosmos", fizicianul american Brian Greene susţine că: "Tot ceea ce vedem şi experimentăm, ceea ce noi spunem că reprezintă familiara noastră realitate tridimensională poate fi doar o proiecţie de informaţii stocate pe o suprafaţă bidimensională minusculă aflată la mare distanţă, similar modului în care informaţia unei holograme este stocată pe o bucată subţire de plastic (...) Tind să cred că da, această lume tridimensională este un fel de iluzie şi că adevărata realitate ultimă este realitatea bidimensională de la suprafaţa Universului'.
Dar de unde provine această idee trăsnită? Această perspectivă neobişnuită asupra realităţii îşi are originea într-un paradox privind găurile negre. Acest paradox este legat de legea conservării informaţiei. În 1974 celebrul fizician britanic Stephen Hawking descoperea că găurile negre, contrar părerilor cvasiunanime din acea perioadă, emit niveluri mici de radiaţii de-a lungul unor uriaşe perioade de timp (radiaţia termică Hawking). În cele din urmă, pe măsură ce această energie se scurge din orizontul evenimentului - limita exterioară a găurii negre - gaura neagră ar putea dispărea cu totul.
Descoperirea lui Hawking a ridicat la fileu paradoxul legat de pierderea informaţiei într-o gaură neagră. Conform teoriei acceptate, informaţia fizică nu poate fi distrusă: Particulele fie îşi păstrează forma iniţială, sau, dacă se schimbă, această schimbare afectează şi alte particule şi astfel starea lor iniţială poate fi dedusă ulterior. Ca analogie, să ne gândim la nişte documente rupte în bucăţi. Oricât de mici şi de multe ar fi bucăţile rezultate, informaţia ce era prezentă pe documentele iniţiale este tot acolo şi poate fi aflată din nou, prin lipirea tuturor părţilor componente.
Problema în cazul găurilor negre este că dacă acestea dispar în timp, conform teoriei lui Hawkins, atunci informaţia aferentă materiei cu care s-au "hrănit" de-a lungul timpului ar urma să dispară la rândul ei, fără urmă.
O soluţie la acest paradox, propusă de Susskind şi de fizicianul olandez Gerard't Hooft la jumătatea anilor '90, susţine că orice obiect care intră într-o gaură neagră lasă în urma sa un fel de model 2D "imprimat" pe orizontul evenimentului acelei găuri negre. Ulterior, radiaţia care părăseşte gaura neagră preia şi această informaţie care astfel nu se mai pierde. Conform calculelor celor doi fizicieni, pe orizontul evenimentului unei găuri negre poate încăpea suficientă informaţie pentru a descrie complet toate obiectele 3D care au căzut în interiorul ei. "Analogia la care ne-am gândit amândoi în mod independent este cea a unei holograme - o bucată de film fotografic 2D care poate codifica toate informaţiile pe o regiune tridimensională a spaţiului", a susţinut Susskind.
O altă problemă cu care se confruntă fizicienii este cea a calculului entropiei dintr-o gaură neagră - adică nivelul de dezordine şi caracterul aleator al particulelor dintr-o gaură neagră. În anii '70, Jacob Bekenstein a calculat că entropia unei găuri negre este finită şi că acest plafon este proporţional cu aria 2D ocupată de orizontul evenimentului respectivei găuri negre. "Pentru sistemele obişnuite, de materie ordinară, entropia este proporţională cu volumul, şi nu cu aria", explică Juan Maldacena, fizician argentinian implicat în studierea principiului holografic. În cele din urmă, atât el cât şi alţi fizicieni au ajuns la ideea că, deşi pare un obiect 3D, o gaură neagră poate fi explicată cel mai bine folosind doar două dimensiuni.
Cum se aplică aceste idei la nivelul întregului Univers?
Niciuna dintre aceste concluzii nu reprezintă o dovadă suficientă că găurile negre ar fi nişte holograme. Dar după cum remarcă Susskind, analiza întregului Univers ca o structură bidimensională, care doar pare a fi tridimensională, poate fi soluţia pentru unele dintre cele mai dificile probleme cu care se confruntă fizica teoretică. Iar calculele matematice se aplică la fel de bine fie că este vorba de o gaură neagră, de o planetă sau de Univers în ansamblul său.
În 1998 Maldacena demonstra că un Univers ipotetic ar putea fi o hologramă. Universul său ipotetic s-ar fi aflat într-un aşa-numit spaţiu anti-de Sitter (care pentru a simplifica puţin lucrurile, are o curbură negativă, ce se întinde pe distanţe uriaşe, ceea ce înseamnă că orice obiect aruncat în linie dreaptă se va întoarce în cele din urmă de unde a plecat). Prin comparaţie, oamenii de ştiinţă consideră că Universul în care trăim are o formă plată. O analogie pentru un spaţiu anti-de Sitter 3D este cea a unui "turn" de CD-uri puse unul peste celălalt, fiecare astfel de disc reprezentând starea Universului la un anumit moment din timp. Mai mult decât atât, prin raportarea bidimensională la acest Univers ipotetic, el a găsit o modalitate de a împăca în sfârşit "atât capra, cât şi varza" în domeniul fizicii - teoria corpurilor mari cu teoria cuantică - prin intermediul teoriei stringurilor, conform căreia la baza materiei nu s-ar afla particulele subatomice, ci stringuri unidimensionale al căror mod specific de vibraţie duce la formarea materiei. "Principiul holografic corelează teoria gravitaţiei cu teoriile fizicii particulelor", punctează Maldacena. Îmbinarea acestor teorii într-o teorie unitară coerentă este considerată Sfântul Graal al fizicii. Desigur însă că nimic nu certifică faptul contraintuitiv că Universul real, nu cel ipotetic al lui Maldacena, este tot o hologramă... dar, deocamdată, din punct de vedere matematic, această posibilitate nu poate fi exclusă.
Ideea că Universul ar putea fi o proiecţie holografică este viu dezbătută. În sprijinul ei vine şi un studiu publicat în luna mai de fizicieni australieni şi indieni. La fel ca Maldacena, şi ei au încercat să folosească principiul holografic pentru a identifica numitorul comun între fizica cuantică şi teoria gravitaţiei.
În noul studiu, fizicienii au calculat modul în care aceste două teorii pot preconiza nivelul de "entanglement" cuantic al particulelor - bizarul fenomen cuantic în care stările a două particule pot deveni corelate astfel încât o modificare operată asupra unei particule să fie remarcată şi la cealaltă particulă, chiar dacă particulele se află la distanţe foarte mari una de cealaltă. Ei au demonstrat că dacă acceptăm ideea unui model particular de Univers plat drept o hologramă, ambele teorii majore ale fizicii încetează să mai fie divergente.
Chiar şi aşa, chiar dacă rezultatul lor ne aduce puţin mai aproape de Universul real decât modelul teoretic al lui Maldacena, totuşi este vorba de un singur tip particular de spaţiu plat, iar calculele lor nu au ţinut cont de timp, ci doar de cele trei dimensiuni ale spaţiului. Rezultatele lor, chiar aplicate direct Universului real, nu demonstrează decât că ar fi posibil să fie o proiecţie holografică şi nu că este într-adevăr o hologramă.
Căutarea dovezii ar trebui să pornească de la testarea predicţiilor făcute în cadrul teoriei holografice. Spre exemplu, teoria despre naşterea explozivă a Universului indica faptul că ar trebui să existe o formă de energie fosilă care să fie emanată în Univers după explozia primordială produsă în urmă cu 13,8 miliarde de ani, iar în anii '60 astronomii au descoperit exact acest lucru sub forma radiaţiei cosmice de fond.
Unii fizicieni susţin că, în conformitate cu principiul holografic, ar trebui să existe o limită cu privire la cantitatea de informaţie ce poate fi conţinută în continuumul spaţiu-timp, ţinând cont de faptul că aparenţa 3D a spaţiu-tipului este codată de un nivel limitat de informaţii 2D. "Efectul de bază este că realitatea este formată dintr-o cantitate limitată de informaţie, ca un film văzut pe internet atunci când nu ai o conexiune de date foarte bună. Imaginea devine puţin neclară şi filmul se derulează sacadat", susţine Craig Hogan, cercetător la Fermilab.
Craig Hogan şi colegii săi folosesc un instrument denumit "Holomoter" pentru a identifica această neclaritate. Acest instrument se bazează pe nişte lasere puternice pentru a detecta dacă, la niveluri foarte mici, submicroscopice, există o limită fundamentală a cantităţii de informaţie existentă în structura spaţiu-timp. Dacă o astfel de limită există, susţine el, ar putea fi dovada că trăim într-un Univers hologramă.
Alţi fizicieni, printre care şi Susskind, resping premisele acestui experiment şi susţin că nu poate oferi niciun fel de dovezi privind principiul holografic.
Dar să presupunem că oamenii de ştiinţă ar demonstra că Universul nu este decât o proiecţie holografică. Ce implicaţii ar avea această certitudine pentru viaţa de zi cu zi? La prima vedere nu prea multe - aceleaşi legi ale fizicii sub imperiul cărora ne-am trăit viaţa de la început vor continua să se aplice, dar într-un sens mai profund, o astfel de descoperire poate însemna o revoluţie pentru fizică şi pentru modul în care înţelegem Universul.
