Et s'il y avait une réalité plus profonde là-bas ?

Et si notre univers était une illusion ?

Et si nous vivions dans un hologramme ?

Signal zone floue musique.

Ou, alternativement, demandez au professeur agrégé de physique Matthew Headrick au sujet de ses recherches. Headrick travaille sur l'une des théories les plus avancées de la physique théorique :le principe holographique. Il soutient que l'univers est une image tridimensionnelle projetée sur une surface bidimensionnelle, un peu comme un hologramme émerge d'une feuille de film photographique.

"À mon avis, la découverte de l'intrication holographique et de ses généralisations a été l'un des développements les plus passionnants de la physique théorique de ce siècle jusqu'à présent, " a déclaré Headrick. " Quels autres nouveaux concepts attendent d'être découverts, et quelles autres connexions inattendues? Nous avons hâte de le découvrir."

Depuis 2016, Headrick a été directeur adjoint de « It from Qubit :Quantum Fields, Projet "Gravité et Information", un effort international de 18 scientifiques et de leurs laboratoires pour déterminer si le principe holographique est correct. Il est financé sur 4 ans, Subvention de 10 millions de dollars de la Simons Foundation basée à New York.

Si Headrick et ses collègues peuvent prouver le principe holographique, ils auront fait un grand pas vers l'atteinte du Saint Graal en physique théorique, une grande théorie unifiée qui peut expliquer toutes les lois et tous les principes régissant la réalité. "Nous n'en sommes pas encore là, " Headrick a dit, "mais nous faisons des progrès."

Décomposons le principe holographique étape par étape :

Informations

Nous allons commencer petit, très petit. On a longtemps pensé que l'univers à son niveau le plus fondamental est composé de particules subatomiques comme les électrons ou les quarks. Mais maintenant, les physiciens croient que ces particules sont constituées de quelque chose d'encore plus petit :l'information.

Quand les physiciens parlent d'information, ils désignent les données qui décrivent des phénomènes physiques. La masse d'un objet, la direction du spin d'un électron, et e=mc^2 sont toutes des unités d'information.

Si vous avez rassemblé toutes les informations disponibles, vous auriez le livret d'instructions complet pour tout construire dans notre univers.

Qubits

Les plus petits niveaux de l'univers sont régis par les lois de la mécanique quantique. Ici, les choses commencent à devenir très étranges et contre-intuitives.

Les unités d'information dans le domaine de la mécanique quantique sont appelées qubits.

Headrick étudie l'intrication quantique des qubits, un phénomène très étrange unique au domaine de la mécanique quantique.

Supposons que vous ayez deux qubits dont les valeurs peuvent être 1 ou 0. Lorsque les qubits sont intriqués, leurs valeurs deviennent corrélées. Lorsque vous mesurez le premier qubit, sa valeur peut s'avérer être 0. Vérifiez l'autre qubit, sa valeur peut être 0, trop. Mais que se passe-t-il si le premier qubit a une valeur de 1 ? La valeur du deuxième qubit pourrait également passer à 1.

C'est comme si les qubits communiquaient entre eux, avec le premier racontant le second, "Hey, ce physicien ici vient de découvrir que je suis un 1. Tu ferais mieux d'être un 1, aussi." Étonnamment et bizarrement, cette communication peut se produire sur de vastes distances avec des messages apparemment relayés plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Les qubits sont plats

Dans la plupart des cas, lorsque vous déposez un objet dans un bocal (nous utiliserons une fève à la gelée), il tombera à l'intérieur et prendra de la place. Mettez une autre fève à la gelée, la quantité d'espace non rempli diminue et le volume des fèves à la gelée augmente.

Cela ne fonctionne pas de cette façon avec les qubits. Les qubits ne tomberont pas dans le bocal mais s'étaleront plutôt sur une surface. Ajouter un qubit, il adhérera au côté du pot. Ajouter un autre qubit, ça fera pareil. L'augmentation du nombre de qubits n'augmente pas le volume. Au lieu, il augmente la surface occupée par les qubits.

De plus en plus de qubits s'étalent sur une surface plane - c'est ainsi que vous obtenez le plan bidimensionnel décrit par le principe holographique.

Alors, comment obtenez-vous trois dimensions?

Une fois que vous avez dépassé le royaume des tout petits, les lois de la mécanique quantique ne fonctionnent plus. Aussi étrange que cela puisse paraître, au niveau macrocosmique, vous avez besoin d'un ensemble différent de lois de la physique pour expliquer ce qui se passe.

Entrez dans la théorie de la relativité d'Einstein. Pour calculer des événements cosmiques comme le chemin suivi par la lumière ou l'orbite de Mercure autour du soleil, vous avez besoin de la théorie de la relativité.

Les éléments constitutifs de la relativité sont également des unités d'information. Maintenant cependant, on les appelle des bits.

Et les bits se comportent d'une manière qui nous est beaucoup plus familière. Ils existent en trois dimensions.

Alors comment obtenir un hologramme ?

Revenons à cette surface bidimensionnelle recouverte de qubits intriqués. Puisque la valeur d'un qubit change en fonction de la valeur de sa paire intriquée, il y a un certain degré d'indétermination dans le système. Si vous n'avez pas encore mesuré le premier qubit, vous ne pouvez pas être sûr de la seconde. La quantité d'incertitude dans un système donné est appelée son entropie.

Au fur et à mesure que les qubits s'emmêlent et se démêlent, le niveau d'entropie augmente et diminue. Vous vous retrouvez avec des champs d'entropie dans un état en constante évolution.

Le principe holographique soutient que notre monde tridimensionnel est une représentation ou une projection de toute cette activité se déroulant sur une surface bidimensionnelle pleine de qubits.

Mettre tous ensemble

Cela dérange toujours les physiciens qu'il y ait un seul ensemble de règles pour le microcosme, mécanique quantique, et un autre pour le macrocosmique, la théorie de la relativité. Cela n'a pas de sens qu'il y ait deux groupes différents et incompatibles de formules mathématiques à l'œuvre dans notre univers. Les physiciens supposent qu'il doit y avoir un moyen de les mettre en harmonie.

C'est donc là que réside la question centrale pour Headrick et ses collègues :commencer dans le domaine bidimensionnel des qubits et de la mécanique quantique, puis augmenter en taille, avec quelle précision nous nous retrouvons avec les bits et la relativité ? Il s'agit de construire un modèle mathématique unique qui explique la transformation.

Découvrez-le et vous aurez résolu l'un des plus grands mystères de la physique théorique. Du plus petit au plus grand phénomène, nous aurons une théorie unifiée de la réalité.

À l'heure actuelle, le principe holographique reste une théorie non prouvée. Où cela conduira-t-il ensuite est une question ouverte. Les chances sont cependant, ce sera plus étrange que tout ce qui est encore imaginé dans la science-fiction.