Credit: TU Wien
Al een poosje doet de theorie de ronde dat het heelal wellicht een hologram is, dat we leven in een holografisch universum – lees ook Olaf’s blog van een tijdje terug erover. We denken in drie ruimtedimensies en één tijdsdimensie te leven, maar volgens het holografische principe (waar onze landgenoot en Nobelprijswinnaar Gerard”t Hooft veel denkwerk over heeft verricht) zouden we net zo goed in een tweedimensionaal heelal kunnen leven, net zoals we in tweedimensionale hologrammen denken een derde dimensie te kunnen zien, waarmee diepte wordt gesuggereerd. In 1997 kwam de natuurkundige Juan Maldacena met een beroemd geworden theorie, waarmee hij een verband legde tussen zwaartekracht in gekromde anti-de-sitter-ruimte (AdS) en kwantumveldtheorieën (Engelse afkorting: CFT) met minder dimensies dan het onze, de AdS/CFT correspondentie. Maldacena’s artikel – The Large N limit of superconformal field theories and supergravity – is nadien in meer dan tienduizend (!) wetenschappelijke artikelen geciteerd!
Ruimtetijd nabij een zwart gat in een holografisch universum. De ruimtetijd is hier vijfdimensionaal, maar alles daarin wordt geprojecteerd op een vierdimensionale bol. (Credit: Scientific American).
Eén ‘maar’ bij de AdS/CFT correspondentie: hij is alleen geldig in een heelal zonder vlakke ruimte, in een heelal waarvan de ruimte negatief gekromd is. Da’s een probleem, want alle waarnemingen duiden er op dat ons heelal extreem vlak is, dat het ‘plat’ is. Tsja, wat heb je dan aan zo’n theorie, als de werkelijkheid anders is? Een half jaartje terug verscheen er echter een vakartikel op de arXiv van een viertal natuurkundigen, onder leiding van Daniel Grumiller (TU Wenen). In dat artikel, genaamd Entanglement entropy in Galilean conformal field theories and flat holography, komen zij tot de conclusie dat het correspondentie principe en daarmee ook het holografische principe óók in vlakke ruimte te gebruiken is, dus in ruimte die we in ons heelal hebben. Ook hier is echter een duidelijke ‘maar’ te onderscheiden: de correspondentie werkt alleen bij bepaalde situaties, namelijk als we de standaard kwantumtheorie nemen, waarbij de entropie van de verstrengeling als maat wordt genomen. Kwantumverstrengeling is de eigenschap dat afzonderlijke elementaire deeltjes die een verstrengeld paar vormen als één deeltje kunnen worden opgevat en dat veranderingen aan één van de deeltjes direct van invloed zullen zijn op het andere deeltje, ongeacht hoever ze zich van elkaar bevinden. Grumillers’ team zag dat de entropie van de verstrengeling bij zwaartekracht in een heelal met vlakke ruimte net zo groot is als bij een kwantumveldtheorie met minder dimensies. De standaard en holografische versies zijn wiskundig dus gelijkwaardig.
Daniel Grumiller (TU Wien)
Nou is ons heelal iets anders dan een standaard kwantumtheorie, dus op dit moment kunnen we alleen zeggen dat het holografische principe in bepaalde situaties in een vlak heelal kán werken en dat we nog helemaal niet kunnen zeggen dat ons heelal een hologram is. Die bepaalde situaties werken zoals gezegd met entropie van de verstrengeling, een term die we eerder deze week ook al hebben gehoord, namelijk in de lezing die Erik Verlinde gaf op Fysica 2015. En de verstrengeling kwamen we ook al tegen in het ER=EPR verhaal, waar dezelfde Maldacena van hierboven mee te maken heeft. Kortom, er zweeft iets van kosmische verstrengeling in de lucht. 😀 Bron: TU Wenen + Koberlein.
