Jaká je pravá povaha reality? II

rubrika: Populárně naučný koutek


Jedním z nejzákladnějších principů, na nichž je založeno naše chápání vesmíru, je skutečnost, že rychlost světla ve vakuu je nejvyšší možná rychlost ve vesmíru. Tento princip je jedním z pilířů speciální teorie relativity. Teorie relativity nám umožnila vysvětlit bezpočet jevů v astronomii a kosmologii. Ale omezenost rychlosti světla je jen speciálním případem omezení rychlosti šíření jakékoli informace. Není teorie relativity ve skutečnosti jen výhonkem teorie informací?

Lucifer


entropy-of-a-black-hole.jpgRychlost informace

Teorie informací se na svém počátku nechápala jako něco význačného. U jejich počátků stál Claude Shannon, matematik a inženýr, který ve čtyřicátých letech 20. století pracoval v Bellových laboratořích. Jeho hlavním cílem bylo vyvinout metodu, která by zrychlila přenos zpráv telefonními dráty či elektrickými obvody. Vyvinul techniku "komprimování" informace, která optimalizovala rychlost jejího přenosu, našel však přitom podstatná principiální omezení tohoto postupu. Zjistil, že každý komunikační kanál má svou maximální kapacitu a že také existuje maximální efektivnost posílání informací, nemá-li docházet při přenosu k jejich ztrátě.

Měřítkem informace je "bit", což je zkratka pro "binary digit" (dvojková číslice). Například počítače pracují v dvojkové číselné soustavě, což znamená, že každé číslo, jež může představovat instrukci, se zapíše jako posloupnost složená z číslic 1 a 0. Informace se sice dá uchovat i způsoby, které poskytují více alternativ zápisu - v DNA se kódování provádí pomocí čtyř základních molekul, adeninu, thyminu, cytosinu a guaninu - ale tato různá kódování lze vyjádřit v dvojkové soustavě. Dvouhodnotový systém bitu je nejjednodušší způsob uchování informací.

Jiným důležitým pojmem teorie informací je "šířka pásma" informačního kanálu. Ať už se jedná o spojení přes internet nebo propojení mezi procesorem a pamětí počítače, šířka pásma je mírou toho, kolik bitů se může přenést za jednu sekundu. V každém kanálu pro přenos informací existuje ale i nějaký šum, jehož důsledkem jsou chyby přenosu informací. Když například NASA pošle rádiový signál zemskou atmosférou, podmínky v atmosféře jej mohou pokazit tak, že některé 0 se přemění v 1 a obráceně.

Shannon ukázal, že při určitém poměru mezi signálem a šumem a při určité šířce pásma existuje horní mez toho, jakou rychlostí se může daným kanálem informace přenášet beze ztrát. Poslední mobilní telefony a satelitní televizní systémy pracují asi jedno procento pod touto "Shannonovou mezí". Až k ní se však nemohou dostat, tím spíše ji překročit. Připomíná to situaci v teorii relativity - čím více se rychlost částice přiblíží k rychlosti světla, tím těžší je ji ještě urychlit.

Proč by měla mít tato informace něco společného s rychlostí světla? Protože podobně jako světlo je informace nějak hluboce propojena se strukturou fyzikální relativity? Tomu věří stále více vědců, kteří se zabývají fyzikou černých děr.

Kam se ztrácí informace?

Fyzika černých děr představuje další důvod, abychom se domnívali, že informace jsou částí odpovědi na otázku o povaze reality. Platí totiž, že cokoli spadne do oblasti pod "horizontem událostí", jež představuje hranici černé díry, už nikdy nemůže z černé díry uniknout. To ale znamená, že černé díry jsou propadlištěm informací. Cokoli spolknou, má v sobě zakódovanou nějakou informaci - ve svém atomovém stavu, hodnotě spinu částice atd. Co se ale s těmito informacemi stane?

V sedmdesátých letech 20. století doložil Stephen Hawking, že černé díry se pomalu vypařují tím, že vysílají "Hawkingovo záření". Potíž je v tom, že toto záření neobsahuje informace, které do černé díry spadly. Ale z fyzikálních zákonů plyne, že informace se musí zachovávat podobně, jako se zachovává energie, nemůže být zničena, musí se někam podít. Po desetiletích debat jsou nyní fyzici přesvědčeni, že pohlcené informace jsou zakódovány v mikroskopické struktuře prostoročasu na "horizontu událostí" černé díry, tedy hranici oblasti, odkud nemůže nic uniknout, ani světlo.

Protože horizont událostí je dvourozměrná struktura, povrch koule obklopující černou díru, znamená to, že informace popisující trojrozměrný objekt se dá zakódovat do dvourozměrné plochy. Extrapolací této myšlenky došli někteří vědci k závěru, že podobně lze pohlížet na celý vesmír. Za hranici pozorovaného vesmíru můžeme brát v podstatě dvourozměrnou kulovou plochu. Informace, které existují uvnitř koule, může být zobrazena na hraniční dvourozměrnou plochu. Tak jako zdánlivě trojrozměrný hologram může být výsledkem pečlivě připravené projekce světla na dvourozměrnou plochu, naše třírozměrná realita může být holografickou projekcí informací zapsaných na hranici našeho vesmíru. Jinými slovy, vše, co označujeme jako fyzické jsoucno, pochází jen z informací.

Existuje alespoň náznak možné experimentální podpory této myšlenky. V roce 2008 se americký částicový fyzik Craig Hogan snažil najít způsob, jak experimentálně testovat myšlenku světa jako holografické projekce. Došel k tomu, že hranice vesmíru může obsahovat jen konečné množství informací, a když jsou tyto informace projektovány do vesmírného třírozměrného prostoru, může dojít k efektu "pixelace" naší fyzikální reality. Efektivně pozorujeme soubor teček - prostor a čas mají podle Hogana zrnitou strukturu, museli bychom je ovšem pozorovat v hodně malých měřítcích.

Potřebná měřítka jsou tak jemná, že efekt by mohl být pozorovatelný jen pomocí těch nejčtivějších přístrojů, které máme k dispozici, detektorů gravitačních vln. Ty se snaží odhalit vrásky na prostoročasu způsobené divokými kosmologickými událostmi, jaké představuje například srážka dvou černých děr. A tak Hogan předal svou myšlenku, jakým způsobem by se mohla zrnitost prostoru projevit, vědcům pracujícím na GEO600, detektoru gravitačních vln v německém Hanoveru.

Ukázalo se, že fyziky pracující na GEO600 trápí problémy se šumem detektoru. Tento šum ale má přesně ten charakter jako signál předpokládaný Hoganem. Bylo by předčasné vyvádět z toho nějaký závěr, je to však alespoň náznak, že "holografický princip" - že vše je při konečném rozboru složeno z informací, jež sídlí na hranici vesmíru - stojí za to brát vážně.

Zdroj: Michael Brooks, Velké otázky: Fyzika


komentářů: 1         



Komentáře (1)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

Axina
1
Axina 23.11.2011, 04:39:00
Zlatý Matrix... Usmívající se

«     1     »