Será que vivemos em um holograma 2D?

Nova experiência do Fermilab vai testar a natureza do Universo.

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Um cientista do Fermilab trabalha nos feixes de laser no centro do experimento Holometer. O Holometer usará interferômetros gêmeos de laser para testar se o universo é um holograma 2-D. Crédito: Fermilab.

Artigo traduzido de Fermilab.

Um experimento único no Fermi National Accelerator Laboratory do U.S. Department of Energy chamado de Holometer iniciou a coleta de dados que irá responder a algumas perguntas alucinantes sobre o nosso Universo – incluindo se vivemos em um holograma.

Muito parecido com personagens em um programa de televisão que não saberiam que o seu mundo aparentemente 3-D só existe numa tela 2-D, pode ser que o nosso espaço tridimensional seja apenas uma ilusão. As informações sobre tudo em nosso universo podem realmente estar codificadas em pacotes pequenos de duas dimensões.

Chegando perto o suficiente da tela da TV você verá pixels, pequenos pontos de dados que fazem uma imagem perfeita quando observada de longe. Os cientistas pensam que as informações do Universo podem estar contidas da mesma forma e que o “tamanho do pixel” natural do espaço seja de aproximadamente 10 trilhões de trilhões de vezes menor que um átomo, a distância que os físicos se referem como a escala de Planck.

“Queremos saber se o espaço-tempo é um sistema quântico assim como a matéria”, disse Craig Hogan, diretor do Fermilab’s Center for Particle Astrophysics e o desenvolvedor da teoria do ruído holográfico. “Se virmos alguma coisa, isso vai mudar completamente ideias milenares sobre o espaço”.

A teoria quântica sugere que é impossível saber a localização exata e a velocidade exata das partículas subatômicas. Se o espaço vem em pedaços bidimensionais com informações limitadas sobre a localização precisa dos objetos, então o próprio espaço é abrangido pela mesma teoria da incerteza. Da mesma forma que a matéria continua a tremer (como ondas quânticas), mesmo quando resfriada a zero absoluto, este espaço digitalizado deveria ter vibrações mesmo em seu estado de energia mais baixo.

Essencialmente, o experimento investiga os limites da capacidade do Universo para armazenar informações. Se houver um determinado número de bits que indicam onde algo está, eventualmente torna-se impossível encontrar informações mais específicas sobre a localização – mesmo em princípio. O instrumento testando esses limites é o Holometer do Fermilab, ou interferômetro holográfico, o dispositivo mais sensível já criado para medir o tremor quântico do espaço.

Um close-up do Holometer do Fermilab, um experimento desenhado para testar a capacidade de armazenamento de informações do Universo e determinar se vivemos em um holograma 2-D. Crédito: Fermilab.
Um close-up do Holometer do Fermilab, um experimento desenhado para testar a capacidade de armazenamento de informações do Universo e determinar se vivemos em um holograma 2-D. Crédito: Fermilab.

Agora, funcionando com potência máxima, o Holometer utiliza um par de interferômetros colocados perto um do outro. Cada um emite um feixe de laser de um quilowatt (o equivalente a 200 mil ponteiros laser) em um divisor de feixe e dois braços perpendiculares de 40 metros. A luz é então refletida de volta para o divisor de feixe onde os dois feixes se recombinam, criando flutuações brilhantes se existir movimento. Pesquisadores irão analisar essas flutuações na luz que retornou para ver se o divisor de feixe está se movendo de uma certa maneira – por causa do tremor do próprio espaço.

Vista de cima do Holometer enquanto um cientista do Fermilab trabalha no aparelho. O Holometer usa interferômetros gêmeos de laser para procurar o "ruído holográfico" no espaço-tempo e testar se o Universo é um holograma 2-D. Crédito: Fermilab.
Vista de cima do Holometer enquanto um cientista do Fermilab trabalha no aparelho. O Holometer usa interferômetros gêmeos de laser para procurar o “ruído holográfico” no espaço-tempo e testar se o Universo é um holograma 2-D. Crédito: Fermilab.

Espera-se que o “ruído holográfico” esteja presente em todas as frequências, mas o desafio dos cientistas é não serem enganados por outras fontes de vibração. O Holometer está testando uma frequência tão alta – milhões de ciclos por segundo – que os movimentos da matéria normal não são suscetíveis de causar problemas. Em vez disso, o ruído de fundo dominante é mais frequentemente devido a ondas de rádio emitidas por dispositivos eletrônicos próximos. O experimento Holometer foi projetado para identificar e eliminar o ruído a partir de fontes convencionais.

“Se encontrarmos um ruído do qual não podemos nos livrar, podemos estar detectando algo fundamental sobre a natureza – um ruído que é intrínseco ao espaço-tempo”, disse o físico do Fermilab Aaron Chou, cientista-chefe e gerente de projetos do Holometer. “É um momento emocionante para a física. Um resultado positivo irá abrir uma nova avenida de questionamento sobre como o espaço funciona”.

O experimento Holometer, financiado pelo U.S. Department of Energy Office of Science e por outras fontes dos EUA, irá coletar dados durante o próximo ano.

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