われわれの存在は、超高解像度の3D映像のようなものであり、有限の帯域幅で「コーディング」することが可能なのかもしれない。そして、われわれの愛するおなじみの3次元は、2次元での情報をホログラムのように投影したものにすぎないのかもしれない。
この仮説[「宇宙のホログラフィック原理」]を検証するべく、100万ドルを投じた実験が行なわれようとしている。米国イリノイ州にある米フェルミ国立加速器研究所で実験設備が建設中であり、来年中に、世界最高精度の「時計」を2台用いた実験が行なわれる予定だ。
フェルミ研究所の素粒子宇宙物理学者Craig Hogan氏は、世界で最も高精度な時計2台を用いて、プランク単位の存在を確認するという画期的アイディアを実行に移そうとしているのだ。
空間、時間、質量など、宇宙の諸特性の最小の大きさを表わすものをプランク単位と呼ぶ。これらの単位は非常に小さいため、実験によって確認することは不可能なように見える。たとえば、長さのプランク単位[プランク長]は、陽子の直径の10の19乗分の1しかない。
ホロメーターの概念図。Image credit: Fermilab/Craig Hogan (以下すべて)
フェルミ研究所で建造されている、『ホロメーター』(holometer)と名付けられた「時計」は、直交する2本のアーム(長さは片腕40メートル)を備えたL字型のレーザー干渉計だ。これを用いて、時空の構造そのものが「ピクセル(画素、最小単位)化」するポイントを見つけるのだという。もしそれが存在すれば、アームをたどる2本のレーザー光(1つの光源から出たものが途中で分けられる)が戻ってくる時間に差が出るはずだ。
ホロメーターの腕のひとつに取り組む、MITの物理学者Sam Waldman氏
ホロメーターの着想にヒントを与えたのは、重力波の検出装置である『GEO600』が検出したノイズだ。[重力波は、一般相対性理論において予言される波動であり、時空の曲率(ゆがみ)の時間変動が波動として光速で伝播する現象。ブラックホールなど巨大質量をもつ天体が、光速に近い速度で運動するときに強く発生すると考えられているが、現段階では直接的には検出されていない]
GEO600は、フェルミ研究所で建設中のホロメーターと同じレーザー干渉計だが、アーム長はホロメーターの15倍(600メートル)に及び、重力波を検出できるよう、より低い周波数の検出を行なっている。ここで検出されたノイズが、ホログラフィック原理を証明するものである可能性があると、Hogan氏は考えている。
[GEO600はドイツにある重力波観測装置で、ドイツとイギリスが運営している。米国には一辺が4kmのレーザー干渉計『LIGO』、イタリアとフランスは、一辺が3kmのレーザー干渉計『VIRGO』、日本には一辺が300mで、世界に先駆けて1995年から検出を開始した『TAMA300』があり、3kmの『LCGT』も計画されている。これらの世界的なネットワークで、ブラックホール連星系の合体ならば地球から10 Mpc程度の距離までの現象を測定できるシステムが構築されている]
ホロメーターの1本のアームを格納するトンネル
宇宙の「ホログラフィック原理」は、ブラックホールの境界[事象の地平面]において生じると考えられている奇妙な現象に 由来する理論であり、われわれの経験する宇宙は、2次元的な情報を、3次元に投影したものではないかとする説だ。ちょうどクレジットカードに印刷されたホ ログラムが3次元の映像として見えるように、3次元世界は投影されているが、われわれには2次元の面は知覚できない、とHogan氏は述べる。
「われわれはその3D映像の中に生きているが、2次元の面という、より真実に近いビジョンは、スケール[の違い]によって隠されているのかもしれない」とHogan氏は説明する。
レーザー干渉計のような超高精度の機器を用いることで、この3次元投影における「ゆらぎ」を、ノイズとして検出できるかもしれない。独マックス・プランク研究所の実験物理学者Hartmut Grote氏によれば、時空の「ピクセル」は、投影されることよって、検出可能なサイズに「拡大」されている可能性があるという。[discoveryの記事は、事象の地平面においては、宇宙を構成する情報はプランク・スケールの「情報ビット」で「エンコード」されているが、数十億光年のスケールで投影されることによって、この極小のビットが拡大されると説明している]
もしもHogan氏が、宇宙はホログラムであるとする仮説にのっとって、宇宙の「解像度」の限界を発見することができたら、その成果がもたらす影響は大きいとGrote氏は述べている。
「そうなれば、宇宙を構成している時空が量子化されることを証明した、初めての研究成果になる」
以下に画像に示したグラフは、ホログラフィック原理が正しいと想定したもので、ホロメーターがノイズ検出の閾値を少し超えていることを示してい る。(GEO600はちょうど境界線上であり、来年にはホロメーターより早く、ノイズの原因を突き止められる可能性があるとGrote氏は指摘してい る)。
コメント