Συνέντευξη: Ο Κώστας Σκενδέρης, Καθηγητής του Πανεπιστημίου του Southampton απαντά σε ερωτήσεις του egno.gr για το Ολογραφικό Σύμπαν

του Κωνσταντίνου Ζώκου, 19 Φεβρουαρίου 2017

Ο Καθηγητής Κώστας Σκενδέρης, είναι Δευθυντής στο Ερευνητικό Κέντρο STAG (Southampton Theory Astrophysics and Gravity) στις Μαθηματικές Επιστήμες του Πανεπιστημίου του Southampton.

Εισαγωγή

Η κοινή αντίληψη για το σύμπαν το θεωρεί ως μια οντότητα η οποία επεκτείνεται προς όλες τις διευθύνσεις, με συγκεκριμένου τύπου ρυθμό και χωρίς να εντοπίζεται κυριαρχία κάποιας διεύθυνσης. Η αναγωγή της οντότητας αυτής στην «αρχή» της αναδύει στη σκέψη μια αρχική ελαχιστότατη τρισδιάστατη δομή, που συνδέεται με την κυριαρχούσα σήμερα υπόθεση της Μεγάλης Έκρηξης. Με αυτό το υπόβαθρο επιτρέψτε μου να σας θέσω* μια σειρά από ερωτήσεις σχετικές με την επιστημονική υπόθεση «ολογραφικό σύμπαν».

Αγαπητέ κύριε Καθηγητά:
Αναφέρετε σε μια δήλωσή σας ότι «η ολογραφία είναι ένα τεράστιο άλμα στον τρόπο που σκεφτόμαστε σχετικά με τη δομή και δημιουργία του σύμπαντος» …

egno
Ποια είναι τα προβλήματα (για παράδειγμα παρατηρησιακές αντιφάσεις) που οδήγησαν στην ανάγκη να τεθούν νέα επιστημονικά ερωτήματα και ποια ερωτήματα τέθηκαν προς διερεύνηση, που τελικά οδήγησαν στις έννοιες της ολογραφίας και του ολογραφικού σύμπαντος;

Κ.Σ.: Ο βασικός λόγος που οδήγησε στην ολογραφική αρχή είναι η ανάγκη να συνδιαστεί η θεωρία της γενικής σχετικότητας με την κβαντομηχανική. Μια κβαντική θεωρία βαρύτητας χρειάζεται για να διατυπώσουμε τους νόμους της φύσης στις πρωταρχικές στιγμές του σύμπαντος και επίσης για να καταλάβουμε την φυσική των μελανών οπών.
Η μελέτη της φυσικής των μελανών οπών έδειξε ότι συμπεριφέρονται σαν να είναι θερμά κβαντικά συστήματα αλλά σε δύο διάστασεις (συν χρόνο). Αυτό οδήγησε (μετά από μία σειρά επιχειρημάτων) τον ‘t Hooft και τον Susskind να διατυπώσουν (στις αρχές της δεκαετίας του 90) την «ολογραφική αρχή» η οποία λέει ότι η κβαντική βαρύτητα (και όλα τα φυσικά φαινόμενα) εντός κάποιου όγκου μπορεί να περιγραφεί με μία θεωρία στο όριο του όγκου, η οποία δεν περιέχει βαρύτητα.
Συγκεκριμένα παραδείγματα ολογραφικών θεωριών βρέθηκαν στην θεωρία των χορδών στα τέλη της δεκαετίας του 90 (αρχικά από τον Maldacena) και τα τελευταία 20 χρόνια έχει υπάρξει τεράστιος όγκος θεωρητικής δουλειάς σε αυτό το αντικείμενο. Η εφαρμογή στην κοσμολογία είναι σχετικά πιο πρόσφατη και ξεκίνησε προσπαθώντας να καταλάβει κανείς βαθύτερα την θεωρία του κοσμικού πληθωρισμού.
Με δυο λόγια: δεν υπάρχουν παρατηρησιακές αντιφάσεις, αλλά υπάρχουν πολλά θεωρητικά ερωτήματα τα οποία οδήγησαν στην διατύπωση της ολογραφίας.

egno
Θα θέλατε να μας περιγράψετε σε μια απλή φόρμα αυτό που σημαίνεται ως «ολογραφία» και «ολογραφικό σύμπαν»;

Κ.Σ.: «Ολογραφία» σημαίνει ότι στο θεμελιώδες επίπεδο οι νόμοι της φύσης περιγράφονται μέσω μίας θεωρίας σε δυο διαστάσεις (συν χρόνο). Η θεωρία αυτή δεν περιέχει βαρύτητα αλλά είναι παρόμοια της θεωρίας που περιγράφει τον ηλεκτρομαγνητισμό ή τις πυρηνικές δυνάμεις.
«Ολογραφικό σύμπαν» σημαίνει εφαρμογή της ολογραφίας στην κοσμολογία.

egno
Σε ποιο προϋπάρχον θεωρητικό υπόστρωμα στηρίζεται η εισήγηση της νέας προσέγγισης του σύμπαντος; Μπορεί να περιγραφεί κάποια φυσική αρχή που σε αυτή εδράζεται η νέα υπόθεση του ολογραφικού σύμπαντος;

Κ.Σ.: Νομίζω η απάντηση στην πρώτη ερώτηση καλύπτει και αυτή την ερώτηση.

egno
Η υπόθεση «ολογραφικό σύμπαν» αναδύεται ως μια προσπάθεια περιγραφής του σύμπαντος ως όλο ή της «αρχής» του σύμπαντος μόνο; Θα μπορούσε να θεωρηθεί το «ολογραφικό σύμπαν» ως μια προσπάθεια μαθηματικής αναπαράστασης μια πολύπλοκης γενικευμένης πραγματικότητας, κάτι ανάλογο με την ενοποίηση των αλληλεπιδράσεων;

Κ.Σ.: Ο στόχος είναι να έχουμε μία ολογραφική θεωρία του σύμπαντος ως όλου. Προς το παρόν ξέρουμε πως να διατυπώσουμε την θεωρία με ακριβή μαθηματικό τρόπο μόνο στην «αρχή» του σύμπαντος. [Από πρακτικής πλευράς, η ολογραφία δεν πρόκειται να αλλάξει τίποτα σε σχέση με την περιγραφή των μεταγενέστερων εποχών. Αυτό είναι ανάλογο της σχέσης κβαντομηχανικής και κλασικής περιγραφής μακροσκοπικών σωμάτων: όπως δεν χρειάζεται κανείς κβαντομηχανική για τα περιγράψει την κίνηση ενός αυτοκινήτου, έτσι και δεν χρειάζεται ολογραφία για να καταλάβει τις μεταγενέστερες εποχές.]

egno
Ποια είναι η αναλογία της επιστημονικής υπόθεσης «ολογραφικό σύμπαν» και του software ενός υπολογιστή; Ένα software που μπορεί να λειτουργήσει σε ποιο υπερκείμενο hardware;

Κ.Σ.: Δεν νομίζω ότι ισχύει τέτοια αναλογία.

egno
Ποιες παρατηρήσεις υπάρχουν σήμερα και στηρίζουν την υπόθεση «ολογραφικό σύμπαν» σε ποιο βαθμό και με ποιο τρόπο υποστηρίζεται από αυτές η υπόθεση;

Κ.Σ.: Όπως ανάφερα στην πρώτη ερώτηση, υπάρχει πολύ θεωρητική δουλειά τα τελευταία 20 χρόνια που υποστηρίζει αυτή την υπόθεση. Από παρατηριασιακής πλευράς, η εργασία μου που δημοσιεύθηκε πρόσφατα είναι η πρώτη εν δυνάμει ένδειξη ότι το δικό μας σύμπαν είναι ολογραφικό. Αυτό που κάναμε ήταν να εξετάσουμε την δομή των διακυμάνσεων στην αρχέγονη κοσμική ακτινοβολία. Οι διακυμάνσεις αυτές έχουν πληροφορίες για την φυσική του αρχέγονου σύμπταντος. Υπολογίσαμε την προβλεπόμενη δομή τους, αν το αρχέγονο σύμπαν περιγραφόταν από την ολογραφική θεωρίας, και βρήκαμε συμφωνία με τις παρατηρήσεις. Η εργασία αυτή δείχνει ότι ένα δισδιάστατο μη γεωμετρικό σύμπαν εξηγεί (σχεδόν) όλα τα παρατηρησιακά δεδομένα εξίσου καλά με την επικρατούσα θεωρία του κοσμικού πληθωρισμού.

egno
Ποια είναι η θέση του Ανθρώπου στην υπόθεση «ολογραφικό σύμπαν»;

Κ.Σ.: Δεν νομίζω ότι η ολογραφία αλλάζει τίποτα σε σχέση με την θέση του Ανθρώπου στο σύμπαν.

egno
Θα θέλατε να μας περιγράψετε την δικής σας συνεισφορά στην αντίληψη, αναζήτηση και θεμελίωση της έννοιας «ολογραφικό σύμπαν»;

Κ.Σ.: Συνεισέφερα στην δημιουργία και εξέλιξη αυτής της έννοιας, περιλαμβανομένων εργασιών που οδήγησαν στην ανακάλυψη και μελέτη των πρώτων παραδειγμάτων ολογραφικών θεωριών στο πλαίσιο της θεωρία των χορδών. Η πιο σημαντική μου συνεισφορά είναι η θεμελίωση του μαθηματικού υπόβαθρου στο οποίο βασίζονται οι ολογραφικές θεωρίες, της μεθόδου της «ολογραφικής επανακανονικοίησης» (holographic renormalization). Η μέθοδος αυτή προσδιορίζει πως να γράψει κανείς στην γλώσσα των μαθηματικών ένα φυσικό μοντέλο το οποίο να περιέχει την αρχή της ολογραφίας. Τα τελευταία χρόνια ασχολήθηκα με την εφαρμογή της ολογραφίας στην κοσμολογία και πρότεινα (μαζί με τον Paul McFadden) το πρώτο ολογραφικό μοντέλο που περιγράφει ένα μη γεωμετρικό αρχέγονο σύμπαν. Αυτό είναι και το μοντέλο για το οποίο υπάρχουν παρατηρησιακές ενδείξεις στην αρχέγονη ακτινοβολία.

egno
Ποια θεωρείτε ότι θα είναι η συνέχεια στην υπόθεση «ολογραφικό σύμπαν»;

Κ.Σ.: Είμαστε ακόμα στην αρχή. Στο σύντομο μέλλον θέλουμε να καταλάβουμε καλύτερα την δομή των ολογραφικών θεωριών και να βρούμε καινούργιες παρατηριασιακές ενδείξεις. Απότερος στόχος είναι να γίνει επαναδιατύπωση όλων των νόμων της φύσης με τέτοιο τρόπο ώστε η ολογραφική δομή να είναι εμφανής από την αρχή.
και τέλος …

egno
Πως επηρεάζει η υπόθεση «ολογραφικό σύμπαν» την υπόθεση «Μεγάλη Έκρηξη» που σήμερα θεωρείται κυρίαρχη;

Κ.Σ.: Υπάρχουν τόσο πολλές ενδείξεις για την «Μεγάλη Έκρηξη» ώστε δεν νομίζω ότι υπάρχουν μέλη της επιστημονικής κοινότητας που να αμφιβάλουν για αυτή. Η «Μεγάλη Έκρηξη» θεωρείται πλέον γεγονός. Το ερώτημα είναι τι συνέβη πριν, και εκεί είναι που η ολογραφία μας επιτρέπει να διατυπώσουμε επιστημονικές θεωρίες που περιγράφουν τους νόμους της φύσης πριν την «Μεγάλη Έκρηξη».

Ευχαριστούμε θερμά τον Καθηγητή Κώστα Σκενδέρη για τις γνώσεις που μέσω των απαντήσεών του μας προσέφερε.

*Την ευθύνη για τη σύνταξη των ερωτήσεων έχει ο Κωνσταντίνος Α. Ζώκος, Δάσκαλος Φυσικής και διαμορφώθηκαν (σχετικά αυθόρμητα) κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας άρθρου που δημοσιεύθηκε στο egno.gr σχετικά με το Ολογραφικό Σύμπαν.

ΠΗΓΗ: egno.gr