23 de jan de 2017

Físicos: O Universo é uma Holograma.


Nossa vizinha Andrômeda: uma projeção? (Foto: write_adam/Flickr/Creative Commons)

Conflitos entre a física quântica e a teoria da relatividade de Einstein podem ser resolvidos através da concepção de que o cosmos em que vivemos seja uma projeção holográfica

por André Jorge de Oliveira 

O século XX representou uma verdadeira revolução para a física: primeiro, o reconhecimento da existência do mundo quântico, algo totalmente novo e desconhecido, que parecia contrariar tudo o que se sabia até então. Com o tempo, acabamos conseguindo um entendimento satisfatório a respeito das menores estruturas conhecidas na natureza. Ao mesmo tempo, Albert Einstein desenvolvia sua teoria da relatividade, que proporcionou um salto em como concebemos o funcionamento das maiores estruturas do cosmos.

Hipótese do universo holográfico pode ser o elo entre mecânica quântica e relatividade geral.

Apesar de funcionarem muito bem para explicar seus objetos de estudo, as teorias apresentam diversos conflitos entre si. Um dos maiores desafios da atualidade vem sendo o desenvolvimento de uma teoria unificada que dê conta de tudo no universo. Em outras palavras, busca-se o elo perdido entre a mecânica quântica e a relatividade geral. Descobrir os preceitos que preencham esta lacuna significaria fornecer ao ser humano a compreensão total das coisas do universo. Dois artigos recentes (este - http://arxiv.org/abs/1311.5607 e este - http://arxiv.org/abs/1311.7526) comprovaram matematicamente uma hipótese que permite casar as teorias do micro e do macro: de que o nosso cosmos é um holograma de um cosmos mais simples, onde não há gravidade.

Apesar de soar estranha, a ideia fornece uma ferramenta poderosa para os físicos teóricos, pois com ela podem testar harmonicamente teorias nos dois campos da física. Em linhas gerais, o estudo computou numericamente diversas propriedades dos buracos negros (como a energia interna e a entropia). Ao calcular a energia interna de um universo sem gravidade de uma dimensão mais baixa, eles chegaram no mesmo resultado.

De quebra, o conceito do universo-holograma ainda fornece as bases para que a teoria das cordas se susten te. Promissora mas não comprovada por falta de recursos experimentais, quando encarada sob este prisma, a teoria é perfeitamente plausível. O motivo é o fato de as complexas e intrincadas cordas que comporiam nosso universo, existentes em nove dimensões espaciais e uma temporal, seriam um holograma, uma mera projeção das ações que ocorrem neste universo mais simples e mais plano, de apenas uma dimensão.

via Nature

http://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2013/12/fisicos-afirmam-que-nosso-universo-nao-passa-de-um-holograma.html

O PRINCÍPIO HOLOGRÁFICO: SERÁ NOSSO UNIVERSO UMA ILUSÃO? 

Há tempos que a crença que nosso Universo é uma ilusão é difundida em muitas culturas. A percepção de um universo ilusório já fez parte de várias civilizações antigas ao redor do mundo. No hinduísmo, acredita-se que o deus Brahman teve um sonho em que gotículas de suor saíam do seu corpo. Elas foram crescendo, transformando-se e evoluindo no cosmo, nas galáxias, nos planetas, nos homens, nos animais, na natureza... e tudo o que hoje conhecemos como o mundo fisicamente real não passa de um sonho do deus Brahman, e quando Brahman acordar, tudo se acabará. O filósofo grego Platão também alegava que nosso mundo na verdade é uma ilusão, alegação esta vista em seu "mito da caverna". 

Certa vez, um imperador indiano estava irritado com um guru que insistia que tudo é maya: uma ilusão.
Para provar que o guru estava errado, o imperador convidou-o ao seu palácio e soltou um elefante em disparada em direção a ele. Vendo que o guru correndo, o imperador gritou-lhe: "Por que você corre tão rápido, sabendo que o meu elefante é apenas uma ilusão?" O guru gritou, já à distância: "Oh, imperador, minha corrida também é uma ilusão, tudo neste mundo é uma ilusão."

Uma nova teoria, que concorda com o g uru diz que tudo é ilusão. O computador que está na sua frente agora. A sua cadeira. Até mesmo este artigo não passa de uma ilusão. Este é o Princípio Holográfico.

O começo

Nos anos 1970, Stephen Hawking demonstrou que os buracos negros não eram realmente negros, podendo emitir uma radiação que, ao longo de eras, poderia fazê-los evaporar inteiramente e desaparecer.

O problema é que a radiação de Hawking não carregaria nenhuma informação sobre o buraco negro e, quando ele finalmente evaporasse por inteiro, toda a informação sobre a estrela que colapsou para formá-lo estaria irremediavelmente perdida.
Isso contraria o princípio largamente aceito de que a informação nunca pode ser destruída.

Jacob Bekenstein logo propôs uma solução para esse paradoxo da informação dos buracos negros. Segundo ele, a entropia (desordem) do buraco negro - que pode ser entendida como o conteúdo de informações do buraco negro - é proporcional à área superficial do seu horizonte de eventos, uma espécie de fronteira imaginária, além da qual nada escapa à gravidade do buraco negro. Na verdade, um buraco negro é o objeto astronômico que possui a maior entropia do Universo.

Quando Hawking e Bekenstein calcularam que o conteúdo de da entropia do buraco negro é proporcional à sua área superficial. Isto foi surpreendente porque a maioria das pessoas esperava que a relação deveria ser com o volume do buraco negro. O que significa que que toda a informação tridimensional da estrela precursora do buraco negro poderia estar registrada em uma espécie de holograma 2D, eliminando a necessidade de analisar a informação na superfície do mesmo e não em seu volume, como se pensava! É o mesmo princípio com o Holograma que criamos em laboratório, ou no holograma do seu cartão de crédito, por exemplo, você deve observar de um certo ângulo para perceber uma cod ificação existente, aparentemente, no interior do adesivo holográfico.

Universo holográfico

Trabalhos teóricos posteriores demonstraram que ondas quânticas microscópicas poderiam codificar as informações do interior do buraco negro na superfície bidimensional de seu horizonte de eventos. 







Nosso Universo 3D pode ser uma projeção 2D em uma
superfície de um Buraco Negro, assim como no Holograma. 



Sua descoberta foi apelidada de "princípio holográfico" porque ela mostra que a informação sobre um buraco negro tridimensional é codificada em sua superfície bidimensional, tal como um holograma.

Para propor um universo holográfico, Leonard Susskind e Gerard't Hooft estenderam esse princípio para todo o Universo. 

Desta forma, toda a informação contida no Universo, inclusive seus pensamento, estariam codificadas bidimensionalmente na esfera imaginária que circunda nosso Universo. Se estiver correta, a ideia pode ajudar a explicar como o Universo, e o tempo como nós o conhecemos, surgiu do "nada", assim como pode ajudar na busca da unificação da mecânica quântica, a teoria que governa as partículas em pequena escala, e a relatividade geral, que descreve o cosmos em grande escala, gerando uma teoria global da gravidade quântica ou Teoria de Tudo.

Informação dos buracos negros

Então, em 1996, Andrew Strominger (Universidade de Harvard) e seu colega Cumrun Vafa, derivaram uma descrição estatística precisa da entropia de um buraco negro em termos de estados de energia microscópicos na superfície do buraco negro.

Em particular, eles fizeram uma conexão com as equações normalmente usadas para descrever o comportamento das partículas: a Teoria Quântica de Campos.

Eles perceberam que as equações que estavam utilizando para descrever as propriedades do buraco negro eram semelhantes àquelas utilizadas para descrever um sistema de partículas utilizando a teoria quântica de campo, mas em um universo sem gravidade.

Um ano depois, Juan Maldacena, do Instituto de Estudos Avançados (IAS) em Princeton, descobriu uma equivalência matemática entre dois tipos de universos: o primeiro universo contém partículas que obedecem à teoria quântica de camp os, mas não contém a gravidade; o segundo universo contém cordas e gravidade, e um tipo especial de geometria do espaço-tempo negativamente curvada (chamado de "universo anti-de Sitter"), ou um Universo de 5D, exatamente como o que se acredita ser encontrado dentro de buracos negros. Isso quer dizer que dentro de um buraco negro pode haver tanto um Universo 5D, quando um 4D e um 3D. Muito louco não?






Dois universos diferentes submetidos às mesmas leis da física: Um deles é o espaço-tempo de cinco dimensões (Anti-de Sitter) e seus limites de quatro dimensões nas quais a Teoria das Cordas é válida. A chamada Teoria de Campos Conformais abriga apenas 4 dimensões. Nesse caso o buraco negro de 3 dimensões nesse espaço de 5 dimensões equivale à radiação quente do holograma. Créditos: Scientific American. Tradução: Felipe Sérvulo


O Universo em um computador 






O filme de 1999, Matrix, que utilizou de base o mito da caverna de Platão e a ideia chave da obra Alice no País das Maravilhas, mostra um mundo totalmente idealizado, nos quais podemos ter e ser o que quiser. Este mundo na verdade é uma realidade virtual computadorizada inicialmente criada por máquinas ultra avançadas e com inteligência artificial, em um futuro distante. No filme, as pessoas que se conectam a Matrix, sua projeção consciente ou o seu “eu digital” se desloca por este mundo digital, enquanto o seu corpo físico permanece num estado de transe induzido, sem contar que seu corpo foi sujeito a transplantes eletrônicos transformando literalmente um homem simples em mais uma cobaia das máquinas.

Seguindo esse conceito, segundo alguns cientistas, o nosso Universo pode ser uma projeção de um computador quântico de alguma civilização avançada ou até mesmo da própria raça humana do futuro. 

Para entendermos isso, devemos partir do Princípio da Incerteza de Heinsemberg: no mundo quântico ou subatômico, por exemplo, ao tentarmos medir a velocidade ou a posição de um elétron, estaremos interferindo na função de onda do mesmo, fazendo com que mude sua velocidade ou seu momento (posição em função do tempo), uma vez que, ao usarmos um fóton para a medição, este transfere energia para o elétron. Isso torna impossível medir a velocidade e o momento de um elétron simultaneamente. 

Da mesma forma, na computação, a informação é basicamente binária, este texto que você está lendo na verdade é um conjunto de zeros e uns, os famosos bits, transformando-os em outras sequências de zeros e uns, segundo um padrão lógico. No caso quântico, partículas interagem com outras partículas e mudam seu estado, que pode ser visto como “bits quânticos” (ou “qubits”), segundo uma lógica que nada mais é do que as próprias leis da física.

O que acontece é que nosso Universo tridimens ional poderia ser completamente equivalente a campos quânticos alternativos e leis físicas "pintadas" na vasta superfície 2D de um buraco negro. Embora isto desafie o senso comum, existem indícios que comprovam isto, uma vez que um BN comporta matéria concentrada em densidade extrema. 

Essa superfície 2D do BN seria então uma informação quântica, formada por vários bits e que corresponde a quatro áreas de Planck (10^66cm²) representando o que chamamos de unidade de entropia de Shanmon (diferente da entropia de Boltzmann, já que trata de bits e não de informações termodinâmicas). Dados comprovam que a energia de um BN de 1 cm equivale a 1066 bits, ou o mesmo que a energia termodinâmica de um cubo de água de 10 bilhões de Km de lado. 

Muitos físicos consideram os quarks e elétrons, como excitação de supercordas (como se fosse uma impressora 3D de um grande computador quântico, trabalhando no nível das cordas). 





A entropia de um buraco negro é proporcional à área de seu horizonte de eventos. A área de Planck tem A/4 unidades de entropia. Fonte Scientific American. Tradução: Felipe Sérvulo 



Considerando a idade do nosso Universo, segundo o pesquisador americano em computação quântica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), Seth Lloyd, o cosmos possui atualmente, um total de 1090 bits à sua disposição. Ao escrevermos isso em notação científica, o número não impressiona muito, vamos tentar então do modo mais tradicional: 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Significa que nosso Universo caberia perfeitamente na superfície de um Buraco Negro descrito acima!

Tendo em vista todos estes dados, será que é possível que estejamos na verdade imersos numa simulação?

Confirmação da Teoria

Se o nosso Universo é realmente uma projeção holográfica do futuro é algo que ainda está longe de qualquer tipo de teste observacional porque, até agora, só se demonstrou que a ideia é válida para este estranho modelo de universo de Vasiliev (na qual diz que nosso Universo é constituído de infinitos campos elétricos e magnéticos nas quais agem todas as forças da natureza bem como a natureza quântica e das cordas) em vez do nosso Universo real.

Nós apenas podemos esperar que nossas projeções holográficas durem um tempo suficiente para que os físicos possam testar a resposta, eventualmente enfrentando pelo caminho alguns imperadores entediados com nossas teorias. É necessário conhecermos mais a fundo nosso lugar no Cosmos e claro, desenvolver 100% a Teoria de Tudo. 

Fontes: Inovação Tecnológica 

NOGUEIRA, Salvador. O Universo Existe? Revista Superinteressante. 
http://www.misteriosdouniverso.net/2015/03/o-principio-holografico-sera-nosso.html


HÁ ALGUMAS EVIDÊNCIAS DE QUE NOSSO UNIVERSO É UM HOLOGRAMA GIGANTE

Se um amigo lhe contasse que vi vemos em um holograma gigante, você provavelmente o mandaria largar a maconha. Mas, por incrível que pareça, físicos ao redor do mundo estão, sóbrios, pensando no mesmo: que aquilo que percebemos como universo tridimensional pode ser um universo em duas dimensões projetado através de um horizonte cósmico.

É, parece bem louco. A natureza 3D do mundo é tão fundamental para nosso senso de realidade quanto o fato de que o tempo anda para frente. Ainda assim, alguns pesquisadores acreditam que as contradições entre a teoria da relatividade de Einstein e a mecânica quântica podem ser reconciliadas se cada objeto tridimensional que conhecemos e amamos for uma projeção de pequenos bytes de informação subatômica armazenados em uma grande planície bidimensional.

“Se for verdade, será uma constatação muito importante”, me disse Daniel Grumiller, físico teórico da universidade de tecnologia de Viena, por telefone. Junto dos físicos Max Riegler, Arjun Bagchu e Rudranil Basu, o cientista publicou há poucos dias o primeiro estudo que fornece evidências de que o chamado “princípio holográfico” - isto é, que espaços em 3D podem ser reduzidos matematicamente a projeções 2D - pode descrever nosso universo.

“Se há vinte anos você perguntasse quantas dimensões nosso mundo tem, a maioria responderia ‘três dimensões espaciais mais o tempo’”, afirmou. “No princípio holográfico, significa que se trataria, na verdade, de uma questão de perspectiva.”

O princípio holográfico foi postulado pela primeira vez há 20 anos como solução possível para o famoso “paradoxo da informação” de Stephen Hawking. (O paradoxo afirma que buracos negros aparentam tragar informações, o que, de acordo com a teoria quântica, seria impossível.) Mas já que o princípio nunca foi formalizado matematicamente para buracos negros, o físico teórico Juan Maldacena demonstrou, muitos anos mais tarde, que a holografia de fato contempla um tipo de espaço teórico chamado de espaço anti-de Sitter. Diferentemente do espaço de nosso universo, que é r elativamente plano em escalas cósmicas, o espaço anti-de Sitter, como descrito pelos matemáticos, se curva para seu interior como uma sela. 

Se essa representação do espaço estiver correta, há um limite inerente para o armazenamento de dados e a capacidade de processamento do universo.

“O espaço anti-de Sitter não é relevante para nosso universo de forma direta, mas ele permite efetuar cálculos que seriam, de outra forma, muito difíceis, se não impossíveis para nós”, afirmou Grumiller.

Nesse espaço teórico, Maldacena mostrou que dois conjuntos de equações físicas se delimitaram perfeitamente um no outro: as equações da teoria gravitacional e as da teoria quântica de campos. Essa correspondência foi inesperada porque, ao passo que a gravidade é descrita em três dimensões espaciais, a teoria quântica de campos requer somente dois. Os resultados idênticos apontaram para a natureza holográfica do espaço anti-de Sitter.

“Foi a primeira vez que alguém demonstrou claramente como a holografia funciona”, Grumiller me disse. “Mas dado que nosso universo não é um espaço anti-de Sitter - é plano em grandes escalas - é interessante questionar se o princípio holográfico também se aplica ao espaço plano.” 





Representação do espaço anti-de Sitter. 

Para demonstrar que nosso universo pode, de fato, ser visto como um holograma, quantidades físicas teriam que ser calculadas utilizando tanto a teoria quântica de campos e a teoria gravitacional no espaço “plano”, e os resultados devem coincidir. Grumiller decidiu verificar se uma característica principal da mecânica quântica - o entrelaçamento quântico - pode ser replicada por meio da teoria gravitacional. 

Quando duas partículas quânticas estão entrelaçadas, não podem ser descritas de modo individual. Mesmo separadas, elas formam um “objeto” quântico único. Há uma medida que descreve o quão entrelaçado está um sistema quântico, a “entropia do entrelaçamento”. Depois de vários anos de trabalho, Grumiller e seus colegas conseguiram mostrar que essa entropia assume o mesmo valor quando calculada com a teoria gravitacional e a teoria quântica de campos para espaços como nosso universo. 

“Este cálculo afirma nossa suposição de que o princípio holográfico também pode ocorrer em espaços planos”, afirmou Riegler em um comunicado à imprensa. “Trata-se de uma evidência para a validação dessa correspondência em nosso universo.” 





Cientista do Fermilab Aaron Chou, à esquerda, e aluno de pós-graduação da Universidade Vanderebilt Brittany Kamai verificam o dispositivo Holômetro, usado para testar se o universo é um holograma 2D. 

Se o princípio holográfico não descrever nosso universo, ele pode ao menos ajudar a resolver muitas inconsistências entre a física relativística e a física quântica, incluindo o paradoxo da informação nos buracos negros. Também poderia fornecer aos pesquisadores um jeito de resolver alguns dos problemas quânticos mais difíceis utilizando equações gravitacionais relativamente simples. Mas, antes de termos certeza de que estamos vivendo na Matrix, ainda há muito trabalho pela frente.

“Fizemos esses cálculos usando a teoria gravitacional 3D e a teoria quântica do campo 2D, mas o universo, na verdade, tem três dimensões espaciais mais o tempo”, afirmou Grumellier. “O próximo passo é generalizar essas considerações para incluir uma dimensão superior. Há também muitas outras quantidades que devem corresponder entre a teoria gravitacional e a teoria quântica de campos, e examinar essas correspondências é um trabalho que está em andamento.”

Além das considerações teóricas, há a questão de abandonar a ilusão e observar de forma experimental a natureza holográfica da realidade. Os físicos do Departamento de Energia do Fermilab estão tentando fazer exatamente isso.

Conforme a Motherboard relatou no ano passado, Craig Hogan, Diretor do Centro de Astrofísica de Partículas do Fermilab, levantou a hipótese de que nosso mundo macroscópico é como uma “tela de vídeo de quatro dimensões” formada de bits, tipo pixels de informação subatômica, 10 trilhões de trilhão de vezes menores do que átomos. Para nossos olhos macroscópicos, tudo ao nosso redor parece tridimensional. Mas assim como a tela da televisão faz os pixels entrarem em foco, se observarmos intensamente para a matéria em nível subatômico, o mapa de bits de nosso universo holográfico p oderá se revelar.

Logo, se essa representação do espaço estiver correta, há um limite inerente para o armazenamento de dados e a capacidade de processamento do universo. Além disso, esse limite deverá carregar marcas reconhecíveis - o chamado “ruído holográfico” - que poderemos medir. 

Como Hogan explicou ao jornalista Jason Koebler, da Motherboard, se estamos de fato vivendo em um holograma, “o efeito mais básico é que a realidade tem uma quantidade limitada de informação, como um filme do Netflix quando a operadora de internet não disponibiliza banda suficiente. Então o filme fica um pouco embaçado e cortado. Nada fica parado, está sempre se mexendo um pouquinho.” 

Essa distorção na largura de banda da realidade, por assim dizer, é o que o laboratório de Hogan está tentando medir por meio de um instrumento chamado Holômetro, que é, grosso modo, um ponteiro laser grande e poderoso.

“Estamos tentando determinar se há um limite para a precisão com a qual é possível medir as posições relativas de objetos grandes”, contou o pesquisador de pós-doutorado Robert Lanza. “Isso representaria um limite fundamental nas informações que o universo armazena.” 





O experimento que decifrará isso envolve a medição das posições relativas de espelhos grandes separados por 40 metros, usando dois interferômetros de Michaelson com precisão um bilhão de vezes menor do que um átomo. Se, de acordo com a hipótese do ruído holográfico, as informações sobre as posições dos dois espelhos forem finitas, então os pesquisadores deverão, em última análise, alcançar um limite na capacidade de resolver as respectivas posições. 

“O que acontece depois disso?”, afirma Laza. “Esperamos simplesmente medir o ruído, como se as posições da óptica estivessem dançando ao redor, sem a possibilidade de serem identificadas com mais precisão. Assim, ao final, a marca experimental que buscamos é um ruído incontornável como consequência de o universo não armazenar mais informações sobre a posição dos espelhos.”

No momento, a equipe está coletando e analisando dados, e espera ter seus primeiros resultados até o fim do ano. Lanza me contou que todos estão se sentindo confiantes porque seus instrumentos atingiram, até o momento, a melhor sensibilidade já conseguida para as ondas gravitacionais de altas frequências.

“A física das ondas gravitacionais não está relacionada ao ruído holográfico, no entanto, os resultados da onda gravitacional demonstram que nossos instrumentos operam com qualidade científica superior e que estamos prontos para nos debruçarmos de modo experimental na ciência do ruído holográfico”, afirmou Lanza.

Ao que parece, vamos ter que esperar que os físicos façam seus cálculos e disparem os lasers para nos dizer se nossas vidas não passam de uma ilusão bem sofisticada. Enquanto isso, a grande questão em minha mente é: como diabos uma revelação dessas pode nos afetar?

“Esse conhecimento não vai impactar nossas vidas diárias, do mesmo jeito que saber sobre o Big Bang ou as outras galáxias não muda nossas rotinas”, afirma Grumiller.

“Mas assim como saber que o universo começou com o Big Ba ng mudou profundamente nossa visão do universo, saber que ele é como um grande holograma se trata de uma intuição profunda.”

Lanza concorda. “Isso nos obrigará a mudar nossa percepção de realidade de um jeito que muitos de nós, eu inclusive, vamos levar um bom tempo quebrando a cabeça”, afirmou.

De fato, isso, de certa forma, dissolve a definição de “simulação”. Se estamos vivendo em um holograma gigante, podemos afirmar com certeza que todos os mundos de simulação e MMOs que criamos são tão reais quanto os planetas do nosso universo e os aglomerados de estrelas e galáxias, reduzidos a pontos quânticos em um mapa de bits cósmico?

Talvez a única coisa que podemos afirmar com certeza é: se nosso universo é uma simulação, então ele está talvez seja o mais próximo da perfeição que podemos alcançar. Nesse sentido, viver na Matrix não parece assim tão ruim.

Tradução: Amanda Guizzo Zampieri
http://motherboard.vice.com/pt_br/read/algumas-evidencias-de-que-vivemos-em-um-holograma-gigante 



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