Голографический принцип

Голографический принцип Вселенной

Голографический принцип
?

Categories: Одна из самых сложных загадок физики – голографический принцип Вселенной. Пожалуй, более запутанней только вопрос о сущности времени, но и эта загадка может быть связанной с этим принципом. Всё наелось со спора Леонарда Сасскинда со Стивеном Хокингом. Хокинг открыл фундаментальный механизм испарения чёрной дыры.

Согласно этому механизму, в результате излучения чёрные дыры теряют массу, и в конечном итоге исчезают из Вселенной. Но как тогда быть с информацией, которая «упала» в чёрную дыру? Исчезает ли она? Допустим что-то падает в черную дыру, а потом черная дыра испаряется, то она забирает всю информацию вместе с собой, не оставляя никаких следов, ни одного бита информации.

Но тогда возникает противоречие с квантовой механикой, которая постулирует, что начальное состояние может быть восстановлено по конечному состоянию. Нарушение этого принципа способно разрушить всё основание квантовой механики, точность которой неоспорима.

При этом предсказания, сделанные на основе квантовой механики, выглядели бы абсурдно, так как сумма вероятностей оказалась бы когда-то меньше, а когда-то и больше единицы. С другой стороны теория относительности утверждает, что информация должна теряться после падения в чёрную дыру.

Информация, как и материальные тела, как и свет не может выбраться из внутренностей черной дыры, потому что пересечение горизонта в обратном направлении потребует сверхсветовой скорости. Существует только одна возможность — информация никогда не пересекает горизонта событий чёрной дыры. «Горизонт как-то препятствует ее прохождению в царство теней.

» Этот сценарий, однако, нарушает принцип эквивалентности, краеугольный камень общей теории относительности. Самой счастливой находкой Эйнштейна была мысль о том, что свободно падающий наблюдатель всегда ощущает себя находящимся в инерциальной системе отсчета, свободной от сил тяготения, что неизбежно подтвердит любой физический эксперимент.

Из принципа эквивалентности следует, что если вы находитесь в окрестности, где кривизна пространства-времени невелика, то с вами не должно происходить ничего странного или неожиданного, — объяснил Сасскинд. — Кривизна вблизи горизонта небольшая, поэтому, проваливаясь сквозь горизонт, никто не должен испытывать ничего странного.

Информация, чтобы не быть потерянной, никогда не должна пересекать горизонт. С другой стороны, принцип эквивалентности говорит, что горизонт — это не какое-то особое место, поэтому информации ничто не мешает пройти прямо через него.Если размер черной дыры достаточно велик, пояснил Сасскинд, то гравитационные приливные силы на горизонте будут ничтожно малы.

А при произвольном размере черной дыры у вас всегда есть возможность выбрать настолько малый участок поверхности горизонта, что пространство вблизи него окажется в достаточной мере плоским, чтобы не мешать потоку информации и не изменять предписаниям Эйнштейна.

Единственный выход для преодоления этого парадокса в том, что информация дублируется: она находится и внутри чёрной дыры (для наблюдателя повалившегося под горизонт событий) так и остаться на границе чёрной дыры (для набюдателя вне сферы горизонта ).

Но тогда возникает следующий парадокс: если бы квантовую частицу можно было клонировать, то можно было бы перехитрить принцип неопределенности. Вы бы могли измерить положение в пространстве одного клона и импульс другого, и тогда вы бы точно знали значения сопряженной пары, — и принцип неопределенности оказался бы нарушен. ( Теорема Журека о запрете клонирования).

Как тогда быть?Сасскинд говорит о том, что информация находится как в чёрной дыре, так и вне её. Но парадокса в этом нет. Информация остаётся с каждым наблюдателем, но не существует система отсчёта (наблюдателя), который может одновременно наблюдать информацию в обоих местах. Никто не может быть и над горизонтом событий, и под ним одновременно.

Не существует системы отсчёта, в которой информация бы клонировалась. Более того, у каждого наблюдателя своя история.Ещё один интересный вывод — Бекенштейн обнаружил, что энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта.

Сасскинд пошёл дальше – он предположил, что для любой точки пространства верно это утверждение Он назвал эту гипотезу голографическим принципом, поскольку именно так бывает с голограммами, когда на двухмерной пленке содержится вся информация, необходимая для воссоздания трехмерного изображения.

Возникло предположение, что планковская длина определяет одну из сторон поверхности, которая может содержать только 1 бит информации. Голографический принцип утверждает, что существует некое максимальное количество информации, содержащееся в областях, прилегающих к той или иной поверхности.

Основываясь на голографическом принципе утверждающего, что для математического описания какого-либо мира достаточно информации, которая содержится на его внешней границе: представление об объекте большей размерности в этом случае можно получить из «голограмм», имеющих меньшую размерность.

Предложенный в 1993 году нидерландским физиком Герардом’т Хоофтом принцип применительно к теории струн (называемой также M-теорией или современной математической физикой) воплотился в идее AdS/CFT-соответствия, на которое в 1998 году указал американский физик-теоретик аргентинского происхождения Хуан Малдасена.

В этом соответствии описание гравитации в пятимерном пространстве анти-де Ситтера — пространстве отрицательной кривизны (то есть с геометрией Лобачевского) — при помощи теории суперструн оказывается эквивалентным некоторому пределу четырехмерной суперсимметричной теории Янга-Миллса, определенной на четырехмерной границе пятимерия. В несуперсимметричном случае четырехмерная теория Янга Миллса составляет основу Стандартной модели — теории наблюдаемых взаимодействий элементарных частиц. Теория же суперструн, базирующаяся на предположении существования на планковских масштабах гипотетических одномерных объектов — струн — описывает пятимерие. Приставка «супер» при этом означает наличие симметрии, в которой у каждой элементарной частицы имеется свой суперпартнер с противоположной квантовой статистикой. Согласно идее AdS/CFT-соответствия между пятимерным внутренним объемом и ограничивающей его четырехмерной поверхностью можно найти соответствие чёрной дыры меньшим по размерности объектом. Как будет выглядеть чёрная дыра без гравитации?Малдасена нашел ответ. Она будет выглядеть как горячий газ обыкновенных частиц. Точнее, она будет выглядеть как кварк-глюонная плазма. И это ещё один аргумент в пользу того, что информация не теряется в чёрной дыре.

http://elementy.ru/bookclub/chapters/433949/Na_luzhayke_Eynshteyna_Glava_iz_knigi

http://www.astronet.ru/db/msg/1380936
http://razumru.ru/science/popular/zloschastiev.htm
http://www.e-reading.club/chapter.php/78063/131/Grin_-_Elegantnaya_vselennaya_%28superstruny%2C_skrytye_razmernosti_i_poiski_okonchatel%27noii_teorii%29.htmlКак снимался фильм:

https://geektimes.ru/post/272908/

https://polymus.ru/ru/pop-science/news/interstellar-spetseffekty-po-nauke/
https://lenta.ru/articles/2014/11/18/interstellar/
https://medialeaks.ru/2805yt_thorn/
https://hi-news.ru/space/intervyu-kristofer-nolan-i-kip-torn-rasskazali-o-tom-kak-snimali-interstellar.html interstellar, Астрофизика, Физика

Источник: https://moris-levran.livejournal.com/325992.html

Насколько правдива теория Голографичности Вселенной?

Голографический принцип

Излагаю информацию из своего изломанного мозга (он с трудом пережил знакомство с этой темой) как можно проще. Если интересны будут максимально углублённые материалы – ссылки будут в конце поста.Я же здесь для того, чтобы говорить просто о сложном.

Первое.

Идея голографичности искажена.

Утверждение «Наша Вселенная – голограмма» ошибочно воспринимается буквально, оно не означает, что мир вокруг – это оптическая иллюзия.

Нет, все реальные трёхмерные объекты и есть реальны. Мы чувствуем их, рука не пройдёт сквозь них. Кинематограф поигрался с голограммами и реальная суть пострадала.

Второе

> Для того, чтобы понять Голографичность Вселенной, нужно понять, как работают голограммы.

> А для того, чтобы понять, как работают голограммы, нужно понять волновую интерференцию.

Не переживайте, мы пойдём от простого к сложному и к концу статьи каждый из вас поймёт суперзамороченную теорию. Потом перед друзьями сможете хвастать. Погнали.

Что такое волновая интерференция.

Простым языком — это рисунок, который получается при столкновении волн. Волн света, звуковых волн, волн на воде. Работает со всем, что может волноваться.

Бросим камешек в воду, от него распространятся круги. Если они не встретят препятствий, то они будут расходиться всё дальше и дальше, пока не сойдут на нет.

Бросим в воду два камешка. От каждого из них пойдут круги, которые встретятся друг с другом.

При встрече волн может быть два исхода:

Сложение «гребней» волн, их максимумов. В этом случае результирующая амплитуда будет больше исходной.Сложение максимума и минимума волны. +1 прибавляем к -1, получается ноль. На месте встречи минимальная волна аннулирует максимальную и поверхность воды останется гладкой.

Чем больше источников (камешков), тем сложнее интерференционный рисунок. Звук в помещениях распространяется по тому же принципу и архитекторы, создающие эстрадные залы, должны это знать.

Звук лучше всего звучит не ближе всего к источнику (колонкам или оперному певцу), а там, где звуковые волны сливаются при столкновении.

Как работает голограмма.

Голограмма – это изображение, записанное с помощью интерференции лазерного луча. Поясняю. Если светить на объект обычным светом, то мы не получим чёткой интерференционной картины. Потому что свет содержит в себе волны разной частоты. Но с появлением лазера, света одной определённой частоты, получить чёткую интерференционную картину стало возможно.

Берём объект, например яйцо Фаберже, с разных сторон освещаем его лазером и фиксируем итог, слияние волн в точках максимума и минимума на тонкой прозрачной плёнке.

То есть мы не получили на двухмерной плёнке сам объект, но мы получили информацию о нём. Его форму, его тени, углы деталей и так далее.

Так как глаза – это всего лишь детекторы, а видим мы мозгом, объект голограммы описывается информационно.

И для того, чтобы воспроизвести его в объёмном трёхмерном виде с нашей необъёмной двухмерной плёнки, нам нужно направить правильный свет, интерференция восстановится и воссоздаст нам крутое объёмное изображение.

Есть ещё и оптоклоны (Оптоклоны, или цифровые голограммы, создаются по последнему слову оптико-световых технологий и позволяют производить визуальное изображение, которое практически невозможно отличить от реального предмета).

Звучит и создаётся сложнее, но базовый принцип похожий. В живую выглядит фантастически натурально, если бы не ограниченный диапазон цветов. Ездила в музей, ничего не поняла (давно было, глупенькая была), но понравилось безумно.

Добрались до Голографических Вселенных.

Что даёт нам вышеперечисленное? То, что мы можем записать и воссоздать информацию от объекта, уменьшив порядок пространства на единицу. То есть двухмерное полотно (голограммы плоские) нам даёт трёхмерный предмет. Интерференционная карта, записанная на плоский лист, воссоздаёт объёмное и реалистичное изображение при правильном освещении.

Теорию Голографичности Вселенной подбросили нам никто иные, как струнные теоретики. В их теории есть волны, а значит и интерференции и все вытекающие. Но так же сюда примешаны Чёрные Дыры и закон сохранения информации.

Раз информацию об объекте невозможно уничтожить бесповоротно, значит при погружении тела (допустим меня) в Чёрную Дыру, информация о теле не пересекает горизонт событий, а записывается на нём.

Уж как её дешифровать одной сингулярности известно, но суть остаётся сутью.

Трёхмерная я канула в глубины Чёрной Дыры, но информация обо мне записалась на двухмерном горизонте событий.

Ничего не напоминает? Информация об объёмном записанная на чём-то плоском, и при правильном подходе воссоздать объект… Да это же принцип работы голограммы!

Именно так, всё именно так.

Теория по-прежнему остаётся теорией, большинство её принципов испытать мы не сможем в ближайший хреналион лет, но если порассуждать…

Информация о четырёхмерных объектах (3 измерения +1) записана в нашей трёхмерной Вселенной. А информация о нашей, записана на неких стенках, окружающих нашу Вселенную. Записано всё что было, что есть, и что будет. Но так как будущее неопределённо, интерференционный рисунок постоянно меняется и выглядит живым.

Теория о Голографической вселенной находится на перекрёстке физики, философии и эзотерики. Чтобы изучить вопрос углублённо, нужно обладать критическим мышлением. Ибо даже при поиске вышеизложенной информации мне пришлось отсеять тонну материала а-ля «Вход в ядро знаний: Вселенная – это голограмма, наш мир – иллюзия».

Здесь один ЖЖшник описал всё более подробно.

Тут тоже интересно.

А здесь очень подробно о голограммах.

Если вам понравился материал, не забудьтеподписаться на канали поставить палец вверх.Так же заглядывайте ко мне в телеграм.Спасибо за внимание!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a1859bb7800198d8a7bcceb/5ac66d6cdd24845084473dc6

Обнаружено первое доказательство в пользу голографической модели Вселенной

Голографический принцип

Десятилетиями ученые рассматривают идею о том, что наша Вселенная является (или когда-то являлась) гигантской и очень сложной голограммой, в которой все физические законы требуют наличия всего двух измерений, но при этом все вокруг нас действует согласно трем измерениям.

Как вы понимаете, такую гипотезу совсем не просто доказать, однако физики сообщают, что наконец-то нашли первое наблюдаемое доказательство тому, что ранняя Вселенная могла идеально соответствовать так называемому голографическому принципу и это совершенно не противоречит стандартной модели Большого Взрыва.

«Мы предлагаем использовать эту голографическую модель Вселенной, которая очень отличается от самой популярной стандартной модели Большого Взрыва, опирающейся на гравитацию и инфляцию», — говорит один из участников исследования Ньяешь Афшорди из канадского Университета Ватерлоо.

«Каждая из этих моделей позволяет делать различные предсказания, которые мы можем проверить, и на основе этого уточнить и дополнить наше теоретического понимание Вселенной. Более того, сделать это можно будет в течение следующих пяти лет».

Чтобы было понятно: ученые не говорят, что прямо сейчас все мы живем в голограмме. Они лишь выносят предположение о том, что на своем раннем этапе – в течение нескольких сотен тысяч лет после Большого Взрыва – все во Вселенной стало представлять собой трехмерную проекцию, изначально созданную из двумерных границ.

Если вы вообще не знакомы с теоретической эпопеей «Наша Вселенная – голограмма», то вот вам небольшой экскурс в историю. Теория о том, что вся наша Вселенная является голограммой, берет свое начало в 1990-х, когда американский физик-теоретик Леонард Сасскинд стал продвигать в массы свою идею о том, что известные нам физические законы на самом деле не требуют наличия трех измерений.

Так каким образом Вселенная вокруг нас является трехмерной, но «в реальности» она представлена в виде двумерной? Основа идеи лежит в том, что объем ее пространства «закодирован» в определенных границах, или в так называемом поле гравитационного горизонта, чьи границы зависят от точки наблюдения. Перед тем как начать смеяться, учтите, что с 1997 года было написано более 10 000 работ, поддерживающих эту идею. Другими словами, она не такая уж и безумная, как может показаться на первый взгляд. Ну, если только чуть-чуть.

Сейчас же Афшорди и его команда сообщили о том, что в рамках исследования неравномерности распределения реликтового излучения (остаточное излучение Большого Взрыва) они обнаружили серьезное доказательство, выступающее в поддержку объяснения голографической формы Вселенной на ее самых ранних этапах развития.

«Представьте, что все, что вы видите, чувствуете и слышите в трех измерениях (и с учетом вашего восприятия времени) на самом деле исходит из двумерного плоского поля», — говорит Костас Скендерис из Саутгемптонского университета и один из участников исследования.

«Принцип аналогичен тому, который мы можем встретить в обычных голограммах, где трехмерное изображение закодировано в двумерной плоскости. Такое, например, свойственно голограммам на тех же кредитных картах. Однако в нашем случае речь идет уже о том, что вся Вселенная закодирована таким образом».

Причина, по которой физики вообще заинтересовались голографическим принципом, в то время как стандартная модель Большого Взрыва выглядит куда понятнее и логичнее, заключается в том, что в последней есть некоторые пробелы, но эти пробелы являются настолько фундаментальными, что замедляют процесс нашего понимания всех физических законов в целом и еще в зародыше.

Согласно сценарию Большого Взрыва, химические реакции привели к очень масштабному расширению изначального пространства, приведшего к формированию нашей Вселенной. И на раннем этапе ее рождения скорость этого расширения (инфляции) была колоссальной.

В то время как большинство физиков поддерживают теорию космической инфляции, пока еще никому не удалось выяснить точный механизм, отвечавший за это резкое расширение Вселенной со скоростью быстрее скорости света и роста с субатомного уровня до нынешнего.

Все произошло практически мгновенно.

Беда в том, что ни одна из наших нынешних теорий не способна объяснить, как это все работает в связке. Взять, например, общую теорию относительности, которая отлично объясняет поведение больших объектов, но при этом не способна объяснить поведение самых маленьких. Это уже среда квантовой механики, которая, в свою очередь, не способна объяснить многие другие вещи.

Все это печалит еще сильнее, когда необходимо объяснить, как в буквальном смысле вся существующая во Вселенной масса и энергия изначально были сосредоточены в крошечном пространстве.

Одна гипотеза пытается объединить сразу оба явления, другая, о квантовой гравитации, говорит, что если можно отбросить одно пространственное измерение, то можно отбросить и гравитацию в ваших вычислениях, чтобы упростить задачу по расчетам.

Голографический принцип

«Все это голограмма. В том смысле, что существует описание Вселенной, говорящее о том, что вероятность даже уменьшенного числа измерений соответствует всему тому, что мы можем видеть после Большого Взрыва», — говорит Афшорди.

Чтобы проверить, насколько хорошо голографический принцип Вселенной справляется с объяснением всего того, что произошло в сам момент Большого Взрыва и уже после этого события, команда ученых создала компьютерную модель с одним временем и двумя пространственными измерениями.

Когда исследователи ввели в эту модель известные нам данные о Вселенной, включая информацию о наблюдениях за реликтовым излучением – тепловое излучение, возникшее спустя всего несколько сотен тысяч лет после Большого Взрыва, – они не обнаружили никаких противоречий.

Все подошло идеально. В том числе и реликтовое излучение. Модель на самом деле отлично воссоздала поведение тонких отрезков реликтового излучения, но не смогла воссоздать более масштабные «срезы» Вселенной шириной более 10 градусов.

Для этого потребуется наличие более сложной модели.

Ученые объясняют, что очень далеки от доказательства того, что наша вселенная на самом деле когда-то была голографической проекцией. Однако перед нами теперь имеется факт получения эмпирических данных, собранных на базе реальных знаний о Вселенной.

Этот факт может в конечном итоге стать началом открытия возможности, которая позволит объяснить упущенные части в физических законах с точки зрения двумерного представления.

Другими словами, работа Афшорди и его коллег лишь доказывает, что необдуманно отказываться от вероятности голографической модели Вселенной — это совсем уж непростительная роскошь.

Означает ли это, что все мы сейчас живем в сложной голограмме? Согласно Афшорди, это не совсем так.

Их модель способна описать происходившее только в самой ранней эпохе Вселенной, но не нынешнее ее состояние.

Тем не менее теперь стоит подумать, каким образом вещи из двумерного пространства способны проецироваться в трехмерное измерение, если, конечно же, говорить о Вселенной, а не о кредитных карточках.

«Я бы сказал, что мы не живем голограмме. Но не стоит отбрасывать вероятность того, что мы могли из нее выйти. Тем не менее в 2017 году вы определенно живете в трех измерениях», — подытожил Афшорди.

Источник: https://Hi-News.ru/research-development/obnaruzheno-pervoe-dokazatelstvo-v-polzu-golograficheskoj-modeli-vselennoj.html

Голографическая Вселенная :: Частный Корреспондент

Голографический принцип

В своей новой книге «Великий план» известный ученый Стивен Хокинг заявил, что Бог не создавал Вселенную. Правда, до конца, как же она устроена, мы видимо, узнаем ещё не скоро. Один из вариантов — концепция голографической Вселенной, косвенно подтверждающаяся недавними экспериментами немецких физиков.

Научные открытия и до сих пор могут делаться случайно. Исследователи гигантских гравитационных волн на детекторе GEO600 долгое время не могли избавиться от мешающего их работе шума. Однако его наличие предсказывает современная теория голографической Вселенной.

Одна из последних новостей научного мира, ставшая главным материалом одного из последних выпусков журнала New Scientist, может стать первым практическим шагом на пути создания новой картины мира. Речь идет о теории голографической Вселенной.

Астрономия остается одной из немногих (если вообще не последней) областей познания, где даже дилетант способен сделать открытие и оставить свой след в науке. Об этом нелишне напомнить хотя бы потому, что нынешний, 2009 год объявлен Международным годом астрономии.

Самой идее уже больше полувека. Основные положения голографического принципа были сформулированы еще Дэвидом Бомом, соратником Роберта Оппенгеймера и Альберта Эйнштейна, в середине XX века.

Согласно теории Бома, весь мир устроен примерно так же, как голограмма.

Как любой, сколь угодно малый участок голограммы содержит в себе всё изображение трехмерного объекта, так и каждый существующий объект «вкладывается» в каждую из своих составных частей.

Основой для рассуждений ученого стал парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР), когда «сцепленные» частицы ведут себя строго взаимосвязанно, так что изменение состояния одной приводит к мгновенной перемене в состоянии другой. И самое главное — расстояние тут не играет абсолютно никакой роли.

Существование этого феномена — подтвержденный научный факт, который тем не менее противоречит и здравому смыслу, и эйнштейновской теории относительности.

Размышляя над этим вопросом, Бом пришел к выводу, что элементарные частицы взаимодействуют между собой не потому, что существует какой-то исключительный механизм обмена информацией со скоростью, превышающей скорость света, а потому, что на более глубоком уровне реальности они представляют собой один объект.

Раздельными мы видим эти частицы только потому, что способны наблюдать только один аспект реально существующего мира. Бом пошел даже дальше, предположив, что порождающей наблюдаемый мир матрицей служит некий «скрытый» порядок, проекцией которого является не только материя, но и сознание.

Внимание исследователей, как и в XIX веке, снова привлечено к планетам Солнечной системы. Почему не к далеким звездам и окраинам нашей Галактики? Для того чтобы искать разумную жизнь, надо сперва убедиться в том, что жизнь вообще возникает во Вселенной.

Когда удастся доказать, что жизнь смогла дважды независимо возникнуть на планетах одной системы, это станет лучшим свидетельством возможности ее возникновения.

Если жизнь и вправду возникает при каждом удобном случае, то что ее удержит от эволюции до разумной стадии?

Жизнь могла быть на Марсе

Свою теорию Бом изложил в ряде статей и книге «Целостность и скрытый порядок», но он не стал углубляться в данные исследования. Широкую известность голографический принцип получил благодаря работам Герарда т'Хоофта, лауреата Нобелевской премии по физике за 1999 год. Его внимание привлекли проблемы, связанные с исследованиями свойств черных дыр.

В 1970-х годах Якоб Бекенштейн, ныне профессор Иерусалимского университета, выдвинул тезис о том, что энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта. Десятилетием позже, исследуя энтропию уже как меру информационной емкости, Бекенштейн пришел к выводу, что информация, необходимая для описания любого объекта, ограничена его внешней поверхностью.

Значимость этого открытия объясняется тем, что оно устраняет одно из кажущихся противоречий, порожденных работами Хокинга. Постепенное испарение черных дыр с ходом времени приводило к парадоксу — вся содержащаяся информация в таком случае исчезла бы.

Но работы Бекенштейна доказали, что вся информация, заключенная в трехмерном объекте, может быть сохранена в двумерных границах, остающихся после его аннигиляции, — точно так же, как изображение трехмерного объекта можно поместить в двумерную голограмму.

В 1993—1994 годах Герард т'Хоофт, основываясь на работах Бекенштейна, сформулировал голографический принцип, из которого следовало, что пространство-время не является непрерывным континуумом, но на размерах, описываемых постоянной Планка, должно представлять собой совокупность микрозон, гранул, своего рода квантов пространства-времени.

Чтобы приблизительно понять, что это такое, представьте обычную иллюстрацию из газеты. Она выглядит как непрерывное изображение, но, начиная с определенного уровня увеличения, рассыпается на точки, составляющие единое целое. Наш мир, таким образом, можно рассматривать как проекцию системы с большей размерностью, причем вся информация о ней может быть доступна и нам.

Поначалу идеи т'Хоофта разделялись немногими единомышленниками, которые искали альтернативные методы изучения черных дыр. Но по мере развития физики элементарных частиц стало очевидно, что голографический принцип удобен как теоретический инструмент и применим к пространству-времени любой размерности.

Вселенная в рамках этой теории является трехмерным объектом, представляющим собой внешнюю границу четырехмерного пространства. Более того, теоретические исследования коллектива Хуана Малдасена из Принстонского университета дали результат, прекрасно вписывающийся в голографический принцип: физические законы гипотетической вселенной с пятью измерениями и ее четырехмерной проекцией совпадают.

Крейг Хоган, директор Центра астрофизических исследований в лаборатории имени Ферми, продолжая разработку голографического принципа, пришел к выводу, что, для того чтобы количество информации, заключенной в границах Вселенной, равнялось информационной емкости ее двумерной границы, размеры кванта пространства должны быть равными 10—16 м. Этот блур на поверхности пространства-времени современная техника уже способна засечь. И кажется, это удалось сделать совершенно случайно.

Уже семь лет в Германии на GEO600 — детекторе длиной 600 м — ведутся исследования по обнаружению гравитационных волн, колебаний пространства-времени, создаваемых сверхмассивными космическими объектами.

Ни одной волны за эти семь лет, впрочем, найти не удалось, в том числе и потому, что на протяжении длительного времени детектор фиксирует необъяснимые шумы в диапазоне от 300 до 1500 Гц, мешающие его работе.

Долгое время исследователи не могли найти причину этого шума, пока с ними случайно не связался Хоган, предложивший теоретическое объяснение происходящему.

Согласно точке зрения Крейга Хогана, точность аппаратуры GEO600 достаточна для того, чтобы зафиксировать флуктуации вакуума, происходящие на границах квантов пространства, тех самых гранул, из которых, если голографический принцип верен, состоит Вселенная.

Крейг Хоган не останавливается на этом: «Если результаты GEO600 соответствуют моим ожиданиям, то все мы живем в огромной голограмме вселенских масштабов». Показания приборов GEO600 в точности соответствуют его вычислениям, и, кажется, научный мир стоит на пороге грандиозного открытия.

Впрочем, говорить о том, что это предположение доказано, еще рано. Чувствительность детекторов такого типа настолько велика, что интерпретация сигналов и отсеивание постороннего шума займет еще около года. Однако пока других объяснений шума в детекторе GEO600 не найдено.

Однажды посторонние шумы, выводившие из себя исследователей в Bell Laboratory в ходе экспериментов 1964 года, уже стали предвестником глобальной перемены научной парадигмы: так было обнаружено реликтовое излучение, доказавшее гипотезу о Большом взрыве. Кто знает, возможно, та же история повторяется годы спустя…

ОТПРАВИТЬ:      

Источник: http://www.chaskor.ru/article/golograficheskaya_vselennaya_4043

Голография — Студенты и физика

Голографический принцип
                                            Коломийчук Вероника Григорьевна                                                      Голография

    Оптика — раздел физики, в котором изучаются оптическое излучение (свет), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света с веществом. Примерно до середины XX столетия казалось, что оптика как наука закончила развитие. Однако в последние десятилетия в этой области физики произошли революционные изменения, связанные как с открытием новых закономерностей (принципы квантового усиления, лазеры), так и с развитием идей, основанных на классических и хорошо проверенных представлениях. Здесь прежде всего имеется в виду голография, которая значительно расширяет область практического использования волновых явлений и дает толчок теоретическим исследованиям.

Как средство отображения реальной действительности, голограмма обладает уникальным свойством: в отличие от фотографии, создающей плоское изображение, голографическое изображение может воспроизводить точную трехмерную копию оригинального объекта.

Такое изображение со множеством ракурсов, изменяющихся с изменением точки наблюдения, обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо от реального объекта.

    Голография – метод получения объемного изображения объекта, путем регистрации и последующего восстановления волн.

Волны могут быть любые – световые, рентгеновкие, акустические и т.п. Голограмма является записью интерференционной картины.

    Идеи и принципы голографии сформулировал в 1948 г. Денис Габор. Как это иногда бывает в науке, идея голографии родилась при разработке совсем другой проблемы – усовершенствования электронного микроскопа. В 1971 году «за изобретение и развитие голографического принципа» Д.Габор получил Нобелевскую премию в области физики.
    Сущность идеи состояла в фиксации полной информации о предмете, причем информации не только об амплитуде световой волны, но и о ее фазе. Это объясняет название голографии (от греч. holos –полный и grapho — пишу).
    До изобретения лазера голография практически не развивалась (первые попытки получения голограмм предпринимались Д. Габором и его сотрудниками с использованием ртутной лампы и были низкого качества), поскольку именно голографический метод записи информации использовал важнейшее свойство лазерного излучения – его когерентность.
    В 1962 году была создана классическая схема Эммета Лейта и Юриса Упатниекса из Мичиганского Технологического Института (голограммы Лейта-Упатниекса). Ученые записали первую объемную пропускающую голограмму, восстанавливаемую в лазерном свете. Схема записи голограмм, предложенная этими учеными, теперь используется в голографических лабораториях во всем в мире.
    В  этой  схеме  записи луч  лазера  делится  специальным  устройством,  делителем  (в простейшем случае в роли делителя может выступать любой кусок стекла), на два. После этого лучи с помощью линз расширяются и с помощью зеркал направляются на объект и регистрирующую среду  (например,  фотопластинку).  Обе  волны  (объектная  и  опорная) падают  на  пластинку  с  одной  стороны.  При  такой  схеме  записи  формируется пропускающая голограмма, требующая для своего восстановления источника света с той же длиной волны, на которой производилась запись, в идеале — лазера.
    Существуют различные способы получения голограмм. Один из самых интересных – способ, предложенный советским ученым Юрием Николаевичем Денисюком. В 1962 Денисюк изобрёл способ записи изображения в трехмерных средах, позволяющий сохранить информацию о фазе, амплитуде и спектральном составе волны, пришедшей от объекта. Такие  голограммы, названные отражательными, могут быть воспроизведены при освещении пучком обычного белого света.
    В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется  зеркалом  на  фотопластинку. Часть луча, прошедшая  через нее, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон. В этой  схеме  записывается  отражающая  голограмма,  которая  самостоятельно  вырезает  из сплошного  спектра  узкий  участок   и  отражает  только  его (выполняя  роль светофильтра).
    В 1969 году Стивен Бентон из Polaroid Recearch Laboratories (США) изготовил пропускающую голограмму, видимую в обычном белом свете. Голограммы, изобретенные Бентоном, были названы радужными, так как они переливаются всеми цветами радуги, из которых состоит белый свет. Голограмма Бентона —  голограмма сфокусированного  изображения,  допускающая  восстановление  объектной волны  источником  излучения  со  сплошным  спектром (лампа  накаливания, Солнце) за счет ограничения пространственного спектра объекта в одном (как правило,  вертикальном)  направлении. При  этом  цвет  изображения  зависит  от  положения  глаз  наблюдателя  и  не связан  с  цветом  объекта. 

    Открытие Бентона позволило начать массовое производство недорогих голограмм путем «штамповки» интерференционных картин на пластик. Голограммы именно такого типа применяются сегодня для защиты от подделок документов, банковских карточек. Благодаря Бентону голография обрела популярность в широких слоях общества.

    В 1977 году Ллойд Кросс получил мультиплексную голограмму, состоящую из множества обычных фотографий объекта, снятых с множества точек зрения, лежащих в горизонтальной плоскости. При перемещении такой голограммы в поле зрения можно увидеть все запечатленные кадры.

Любой голографический метод состоит из двух этапов.

1.  Вначале получают (записывают) голограмму – интерференционную картину, возникающую на фотопластинке при сложении двух когерентных пучков света. На фотопластинке образуется интерференционная картина, представляющая собой чередование светлых и темных пятен. Голографическое изображение не соответствует его внешнему виду. 2. Для восстановления голограммы  ее освещают таким же когерентным излучением. Поскольку голограмма представляет сложную интерференционную картину, то на ее прозрачных и непрозрачных участках происходит дифракция когерентного излучения, и в результате получается изображение.

                                                                             Основные свойства голограмм

    Эти свойства связаны именно с тем, что на голограммах фиксируются не только амплитуды, но и фазы волн. Практически на каждую точку поверхности пластинки падает излучение, отраженное от всех точек предмета. Это означает, что любая, даже маленькая часть содержит зрительную информацию о всем предмете.

1. Изображение предмета можно получить на любой, даже небольшой части голограммы. Но качество изображения, полученного от кусочка голограммы, хуже изображения, полученного от всей голограммы.

Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма.

(Ни фотография, ни голограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.)

2. Голографическое изображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограмму записывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся, изображение увеличивается пропорционально углу расхождения. (Это свойство используется в рентгеновских голографических микроскопах).

3. Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

4. Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Можно создавать голограммы, на которых изображены предметы, не существующие в реальности.

Достаточно компьютеру задать форму объекта и длину волны падающего на него света. По этим данным компьютер рисует картину интерференции отраженных лучей.

Пропустив световой пучок сквозь искусственную голограмму, можно увидеть объемное изображение придуманного предмета.

    Следовательно, голография позволяет записывать, хранить, обрабатывать и быстро преобразовывать огромное количество данных. Эти особенности голографии используют для решения многих технических и научных проблем. 

                                                                                                     Применение

    Хотя мы считаем, что голография интересна больше возможностями для 3D-дисплеев, в целом у нее есть возможность применения во многих сферах. Вот несколько примеров:

  • Электронная съемка: наблюдая за фазовым смещением интерференции электронов, когда они проходят через тонкие пленки материалов, можно определять состав материалов.
  • Хранение данных: традиционные оптические диски хранят информацию на поверхности. С помощь голографии есть возможность записывать информацию в объемный материал под разными углами — следовательно, можно хранить больше информации, чем позволяют традиционные методики хранения данных.
  • Голографические оптические пинцеты: оптические пинцеты используют силу света, чтобы перемещать небольшие частицы (в основном в области биологии) и создавать оптические ловушки. Используя генерируемые на компьютерах голограммы, ученые могут манипулировать крупными массивами частиц на малых расстояниях.
  • Безопасность: голограммы уже используются на банкнотах и кредитных картах. Используются по большей части из-за того, что технологии для их создания довольно сложны.
  • Голография также используется на предприятиях для контроля качества в течение производства. Это так называемый голографический неразрушающий контроль. 
  • Голограммы используются в некоторых самолетах гражданской и военной авиации. Эти голограммы дают пилоту возможность оценки критической информации, когда он смотрит в окно кабины.
  • Художники используют голографию для артистического выражения. Многие художники чувствуют, что трехмерное пространство и чистый свет, которые предлагает голография, позволит им передавать образы, которые никогда не были столь возможны с традиционными средствами отображения.
  • Другое  применение  голограммы  – использование ее в качестве линзы. Фокусирующие  свойства  зонных решеток известны давно. Однако применение решеток ограничивалось  трудностями  их  изготовлении. 
  • Перспективный метод акустической голографии ― воздействие на воду звуком высокой частоты. При этом на поверхности воды возникает рябь, заменяющая собой интерференционную решетку оптической голограммы. Ее освещают лазером и получают изображение предмета, «освещаемого» звуковой волной.
  • В медицине давно используются аппараты УЗИ, позволяющие при помощи звука увидеть внутренние органы человека. Однако изображение, полученное таким образом, будет двумерным. А при использовании голограммы ― трехмерным. 
  • Возможные применения звуковой голографии: дефектоскопия, изучение рельефа морского дна, звуколокация, звуконавигация, поиск полезных ископаемых, исследование структуры земной коры и т.д.  Особое значение имеет ультразвуковая голография для медицинской диагностики.

Хотя сейчас раскрыт не весь потенциал голографии, но огромные перспективы, скорее всего, со временем привлекут множество учёных и инвесторов к развитию этого интересного предмета

Источник: https://www.sites.google.com/site/studentyogasaifizika/golografia

Booksm
Добавить комментарий