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| Interferometer (Quelle: wiki) |
Vor über 100 Jahren fand das Michelson-Morley Experiment statt. Man suchte damals das Medium des Lichts, den Äther, auf dem sich die Lichtwellen ausbreiten sollen. Zur Zeit wird ein Experiment, mit dem exakt gleichen Versuchsaufbau, vorbereitet. Diesmal aber mit höhere Präzisision und einem anderen Zweck. Man sucht diesmal nicht nach dem Äther sondern nach "holografischem Rauschen". Diesen Versuch und ein noch paar Details zum holografischen Prinzip möchte ich kurz ansprechen.
Nach nochmaligem Lesen des gestrigen Artikels zum holografischen Prinzip, fiel mir auf, dass ich dem holografischen Prinzip nicht ganz gerecht geworden bin. Woher das Bild einer Kugel mit Information auf der Oberfläche kommt, dürfte im Zusammenhang mit seiner wissenschaftlichen Entstehungsgeschichte (Entropie schwarzer Löcher) eigentlich klar sein.
Soll das holografische Prinzip aber verallgemeinert gelten, dann wird dieses Bild dem nicht gerecht. Das holografische Prinzip - allgemein gedacht - ist in erster Linie nur mal eine Frage nach der Grenze der Entropie. Im Falle eines schwarzen Loches, ist diese Grenze durchaus geometrisch in Form einer Kugel zu verstehen. Soll es aber allgemeiner gelten so sollte man es sich eher als einen Grenzwert zur Informationsdichte, anstatt einer geometrischen Grenze vorstellen (So wie etwa die Lichtgeschwindigkeit eine Grenze für die Beschaffenheit der Raumzeit ist, ohne dabei eine bestimmte "geometrische" Grenze zu sein). Des Weiteren ist der Begriff Information in Form von Bits (1 und 0) auch etwas zu eng gefasst, da das holografische Prinzip eigentlich nichts über die Beschaffenheit der Information aussagt. Dies mal noch als kleine Ergänzung.
Kommen wir aber zu dem oben erwähntem Versuch. Ich hatte gestern bereits folgendes geschrieben:
Das möchte ich nochmal aufgreifen. Es gibt eine Länge, bei der unsere Physik versagt. Das ist die Planck-länge. Ein schöne Animation die einem die Größenordnung vermittelt, findet man bei http://scaleofuniverse.com/. Dass die Physik dort versagt, könnte zum einen davon abhängen, dass unsere Theorien einfach nicht gut genug sind, Vorgänge die kleiner als diese Größe sind, zu beschreiben und wir eine "trans-plancksche" Physik benötigen. Es könnte aber auch ein natürliches Limit sein. Quasi die "Atome" des Raums im wortwörtlichen Sinn (atomos heißt unteilbar).
Wenn die Planck-Fläche nun ein absolutes Limit ist und auf der anderen Seite das holografische Prinzip gilt, hätte das eine interessante Folge. Der Raum müsste dann ein viel gröberes Raster haben, als durch Planck vorgegeben. Nehmen wir nochmal das Beispiel mit dem Raster auf dem karierten Papier. Ist dieses Raster das absolute Limit bekomme ich in einem 10x10 Raster 100 Bit unter. Bei einem Gitter mit 10x10x10 länge bekäme ich 1000 Bit unter. Wenn aber die Menge an Information im dreidimensionalen Gitter auch auf die 100 Bit begrenzt ist, dann wäre ein Gitter natürlich viel gröber. In gewisser Weise wäre die dreidimensional Welt "verpixelt", wie wenn man bei einem digitalen Bild sehr nahe heranzoomt.
Pixel auf der Größe einer Planck-Länge könnte man (noch?) nicht nachweisen. Die gröbere Verpixelung, die sich aber aus dem holografisches Prinzip ergibt, könnte man aber zeigen. Und nach einer solchen Verpixelung sucht man mit dem Holometer.
Die Idee zu diesem Versuch, kam Craig Hogan aufgrund von Störsignalen des GEO600 Detektors. Der GEO600 Detektor dient eigentlich zur Suche nach Gravitationwellen. Diese sind eine Vorhersage der Relativitätstheorie und wurden bisher nur indirekt nachgewiesen. Nun ist eine solche Apparatur sehr anfällig für Störungen und produziert im Falle von Störungen ein Rauschen. Das Team des GEO600 konnte viele Störungen "herausfiltern" jedoch gibt es Rauschsignale für die man keine Ursache ausmachen konnte. Die Ursache könnte nach Hogan ein Hinweiß auf "holografisches Rauschen" sein.
Der Frequenzbereich in dem Gravitationswellen auftreten ist viel störanfälliger, als der Bereich in dem man das holografische Rauschen nachweisen könnte. Aus diesem Grund ist die Messapparatur von Hogan besser geeignet um auszuschließen, dass das Störsignal vom GEO600 nicht wirklich nur ein Störsignal ist.
Diese Verpixelung wie ich sie beschrieben habe, ist aber eine zu starke Vereinfachungen. Wäre es so einfach, hätte man das schon in bisherigen Experimenten entdecken müssen. Wer es genau wissen will, der sollte ein Blick in die Publikation "Interferometers as Probes of Planckian Quantum Geometry" von Hogan werfen. Der Knackpunkt dabei ist, dass zwei parallele Michelson-Interferometer verwendet werden und sich bei einer emergenten Entstehung der Raumzeit die Interferenzmuster durch Wechselwirkung von "Kausal-Diamanten" ergeben (Vergleichbar mit den Kegeln in einem Minowski-Diagramm). Diese Wechselwirkung hat aber nicht direkt mit der Quantenverschränkung zu tun, da die Laser keine verschränkten Photonen aussenden (auch wenn das holografische Prinzip ein ganz anderes Licht auf das EPR Paradox werfen könnte). Viel weiteres Infomaterial ist auch auf der website zu finden: http://holometer.fnal.gov/
Dort bin ich auch auf die 50 Seitige Publikation "The holographic principle" von Raphael Bousso gestoßen, die eine sehr gute Einführung in das holografische Prinzip ist. Darin wird, die ganze Entstehungsgeschichte des holografischen Prinzips von Bekenstein bis Maldacena, noch einmal viel detailierter als ich es in Teil 2 getan habe.
Nach nochmaligem Lesen des gestrigen Artikels zum holografischen Prinzip, fiel mir auf, dass ich dem holografischen Prinzip nicht ganz gerecht geworden bin. Woher das Bild einer Kugel mit Information auf der Oberfläche kommt, dürfte im Zusammenhang mit seiner wissenschaftlichen Entstehungsgeschichte (Entropie schwarzer Löcher) eigentlich klar sein.
Soll das holografische Prinzip aber verallgemeinert gelten, dann wird dieses Bild dem nicht gerecht. Das holografische Prinzip - allgemein gedacht - ist in erster Linie nur mal eine Frage nach der Grenze der Entropie. Im Falle eines schwarzen Loches, ist diese Grenze durchaus geometrisch in Form einer Kugel zu verstehen. Soll es aber allgemeiner gelten so sollte man es sich eher als einen Grenzwert zur Informationsdichte, anstatt einer geometrischen Grenze vorstellen (So wie etwa die Lichtgeschwindigkeit eine Grenze für die Beschaffenheit der Raumzeit ist, ohne dabei eine bestimmte "geometrische" Grenze zu sein). Des Weiteren ist der Begriff Information in Form von Bits (1 und 0) auch etwas zu eng gefasst, da das holografische Prinzip eigentlich nichts über die Beschaffenheit der Information aussagt. Dies mal noch als kleine Ergänzung.
Kommen wir aber zu dem oben erwähntem Versuch. Ich hatte gestern bereits folgendes geschrieben:
"Betrachtet man etwa ein Raster auf einer Fläche, etwa ein kariertes Papier. Wenn man nun in jedem Kästchen ein Bit Information reinschreiben kann (also 0 oder 1) dann könnte ich bei 10 auf 10 Kästchen insgesamt 10⋅10=100 Bit Information eintragen. Nehme ich dagegen ein Gitter in einem Volumen dann könnte darin 10⋅10⋅10=1000 Bit Information eintragen.
Das möchte ich nochmal aufgreifen. Es gibt eine Länge, bei der unsere Physik versagt. Das ist die Planck-länge. Ein schöne Animation die einem die Größenordnung vermittelt, findet man bei http://scaleofuniverse.com/. Dass die Physik dort versagt, könnte zum einen davon abhängen, dass unsere Theorien einfach nicht gut genug sind, Vorgänge die kleiner als diese Größe sind, zu beschreiben und wir eine "trans-plancksche" Physik benötigen. Es könnte aber auch ein natürliches Limit sein. Quasi die "Atome" des Raums im wortwörtlichen Sinn (atomos heißt unteilbar).
Wenn die Planck-Fläche nun ein absolutes Limit ist und auf der anderen Seite das holografische Prinzip gilt, hätte das eine interessante Folge. Der Raum müsste dann ein viel gröberes Raster haben, als durch Planck vorgegeben. Nehmen wir nochmal das Beispiel mit dem Raster auf dem karierten Papier. Ist dieses Raster das absolute Limit bekomme ich in einem 10x10 Raster 100 Bit unter. Bei einem Gitter mit 10x10x10 länge bekäme ich 1000 Bit unter. Wenn aber die Menge an Information im dreidimensionalen Gitter auch auf die 100 Bit begrenzt ist, dann wäre ein Gitter natürlich viel gröber. In gewisser Weise wäre die dreidimensional Welt "verpixelt", wie wenn man bei einem digitalen Bild sehr nahe heranzoomt.
Pixel auf der Größe einer Planck-Länge könnte man (noch?) nicht nachweisen. Die gröbere Verpixelung, die sich aber aus dem holografisches Prinzip ergibt, könnte man aber zeigen. Und nach einer solchen Verpixelung sucht man mit dem Holometer.
Die Idee zu diesem Versuch, kam Craig Hogan aufgrund von Störsignalen des GEO600 Detektors. Der GEO600 Detektor dient eigentlich zur Suche nach Gravitationwellen. Diese sind eine Vorhersage der Relativitätstheorie und wurden bisher nur indirekt nachgewiesen. Nun ist eine solche Apparatur sehr anfällig für Störungen und produziert im Falle von Störungen ein Rauschen. Das Team des GEO600 konnte viele Störungen "herausfiltern" jedoch gibt es Rauschsignale für die man keine Ursache ausmachen konnte. Die Ursache könnte nach Hogan ein Hinweiß auf "holografisches Rauschen" sein.
Der Frequenzbereich in dem Gravitationswellen auftreten ist viel störanfälliger, als der Bereich in dem man das holografische Rauschen nachweisen könnte. Aus diesem Grund ist die Messapparatur von Hogan besser geeignet um auszuschließen, dass das Störsignal vom GEO600 nicht wirklich nur ein Störsignal ist.
Diese Verpixelung wie ich sie beschrieben habe, ist aber eine zu starke Vereinfachungen. Wäre es so einfach, hätte man das schon in bisherigen Experimenten entdecken müssen. Wer es genau wissen will, der sollte ein Blick in die Publikation "Interferometers as Probes of Planckian Quantum Geometry" von Hogan werfen. Der Knackpunkt dabei ist, dass zwei parallele Michelson-Interferometer verwendet werden und sich bei einer emergenten Entstehung der Raumzeit die Interferenzmuster durch Wechselwirkung von "Kausal-Diamanten" ergeben (Vergleichbar mit den Kegeln in einem Minowski-Diagramm). Diese Wechselwirkung hat aber nicht direkt mit der Quantenverschränkung zu tun, da die Laser keine verschränkten Photonen aussenden (auch wenn das holografische Prinzip ein ganz anderes Licht auf das EPR Paradox werfen könnte). Viel weiteres Infomaterial ist auch auf der website zu finden: http://holometer.fnal.gov/
Dort bin ich auch auf die 50 Seitige Publikation "The holographic principle" von Raphael Bousso gestoßen, die eine sehr gute Einführung in das holografische Prinzip ist. Darin wird, die ganze Entstehungsgeschichte des holografischen Prinzips von Bekenstein bis Maldacena, noch einmal viel detailierter als ich es in Teil 2 getan habe.
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