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Das '''Fermilab Holometer''' ist ein seit Ende August 2014 in Betrieb befindliches [[Michelson-Interferometer|Laserinterferometer]] des [[Fermilab]]s in [[Illinois]]<ref>http://www.shortnews.de/id/1104146/holometer-projekt-ist-das-universum-nur-ein-hologramm-aus-zwei-dimensionen | Das '''Fermilab Holometer''' ist ein seit Ende August 2014 in Betrieb befindliches [[Michelson-Interferometer|Laserinterferometer]] des [[Fermilab]]s in [[Illinois]]<ref>http://www.shortnews.de/id/1104146/holometer-projekt-ist-das-universum-nur-ein-hologramm-aus-zwei-dimensionen</ref><ref>http://www.huffingtonpost.com/2014/08/29/space-hologram-experiment-two-dimensions_n_5726262.html</ref>. Es soll das weltweit empfindlichste Laserinterferometer werden und somit die Empfindlichkeit der Experimente [[GEO600]] und [[LIGO]] übertreffen. Theoretisch reicht seine Empfindlichkeit aus, [[Holografisches Prinzip|holographische]] Fluktuationen der [[Raumzeit]] zu detektieren.<ref name="Worlds-most-precise">{{cite web|title=World’s Most Precise Clocks Could Reveal Universe Is a Hologram|author=Mosher, David|publisher=[[Wired]]|url=http://www.wired.com/wiredscience/2010/10/holometer-universe-resolution/|date=2010-10-28| accessdate=2013-03-12}}</ref><ref name="Fermilab-Holometer">{{cite web|title=The Fermilab Holometer|publisher=[[Fermi National Accelerator Laboratory]]|url=http://holometer.fnal.gov/|accessdate=2010-11-01}}</ref><ref name="Fermilab-building-holometer">{{cite web|title=Fermilab is Building a 'Holometer' to Determine Once and For All Whether Reality Is Just an Illusion|author=Dillow, Clay|publisher=[[Popular Science]]|date=2010-10-21|url=http://www.popsci.com/science/article/2010-10/fermilab-building-holometer-determine-if-universe-just-hologram| accessdate=2013-03-12}}</ref> | ||
Nach Aussagen der Projektleiter soll das Holometer so empfindlich sein, dass es Fluktuationen des Lichts in der Größenordnung eines [[Vorsätze für Maßeinheiten#SI-Präfixe|Attometers]] entdecken könne. Damit erreiche oder übertreffe es die Empfindlichkeit, die notwendig sei, im Bereich der kleinsten Größeneinheiten des [[Universum]]s, der sogenannten [[Planck-Einheiten]] zu messen.<ref name="Worlds-most-precise" /><ref name="Hogan Interview">{{cite news |url=http://joehubris.com/node/77 |title=Do We Live in a Two-Dimensional Universe? An Interview with Physicist Craig Hogan|author= |date=2012-06-29 |work=Joe Hubris| accessdate=2013-03-12}}</ref> Das Fermilab erklärt dazu: „Jedermann kennt heute verschwommene und [[Pixel|verpixelte]] Bilder oder die Klangübertragungen voller Störgeräusche, die mit geringer Bandbreite im Internet assoziiert werden. Das Holometer sucht nach dem äquivalenten Rauschen oder den Störungen in der Realität selbst, die mit dem ultimativen [[Frequenz]]limit assoziiert werden können, das die Natur selbst vorgibt.“<ref name="Fermilab-Holometer" /> | Nach Aussagen der Projektleiter soll das Holometer so empfindlich sein, dass es Fluktuationen des Lichts in der Größenordnung eines [[Vorsätze für Maßeinheiten#SI-Präfixe|Attometers]] entdecken könne. Damit erreiche oder übertreffe es die Empfindlichkeit, die notwendig sei, im Bereich der kleinsten Größeneinheiten des [[Universum]]s, der sogenannten [[Planck-Einheiten]] zu messen.<ref name="Worlds-most-precise" /><ref name="Hogan Interview">{{cite news |url=http://joehubris.com/node/77 |title=Do We Live in a Two-Dimensional Universe? An Interview with Physicist Craig Hogan|author= |date=2012-06-29 |work=Joe Hubris| accessdate=2013-03-12}}</ref> Das Fermilab erklärt dazu: „Jedermann kennt heute verschwommene und [[Pixel|verpixelte]] Bilder oder die Klangübertragungen voller Störgeräusche, die mit geringer Bandbreite im Internet assoziiert werden. Das Holometer sucht nach dem äquivalenten Rauschen oder den Störungen in der Realität selbst, die mit dem ultimativen [[Frequenz]]limit assoziiert werden können, das die Natur selbst vorgibt.“<ref name="Fermilab-Holometer" /> | ||
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Craig Hogan, ein [[Astroteilchenphysik]]er am Fermilab, äußert sich über das Experiment, „Was wir suchen, erhoffen wir zu finden, wenn die Laser aus dem Gleichtakt kommen. Wir versuchen die kleinste Einheit im Universum zu entdecken. Das macht richtig Spaß, es ist so eine Art altmodisches [[Physik]]experiment, wo man einfach nicht weiß, was am Ende rauskommt.“ | Craig Hogan, ein [[Astroteilchenphysik]]er am Fermilab, äußert sich über das Experiment, „Was wir suchen, erhoffen wir zu finden, wenn die Laser aus dem Gleichtakt kommen. Wir versuchen die kleinste Einheit im Universum zu entdecken. Das macht richtig Spaß, es ist so eine Art altmodisches [[Physik]]experiment, wo man einfach nicht weiß, was am Ende rauskommt.“ | ||
Der Experimentalphysiker Hartmut Grote vom [[Max-Planck-Institut]] erklärt, dass | Der Experimentalphysiker [[Hartmut Grote]] vom [[Max-Planck-Institut]] erklärt, dass – auch wenn er skeptisch sei, dass der Apparat die holografischen Fluktuationen des Universums zu entdecken in der Lage sei – wenn das Experiment erfolgreich ist, hätte es „einen sehr starken Einfluss auf eine der wichtigsten offenen Fragen in der [[Grundkräfte der Physik|fundamentalen Physik]]. Es wäre der erste Nachweis, dass die Raumzeit, die Grundlage des Universums, [[gequantelt]] ist“."<ref name="Worlds-most-precise" /> | ||
Die Hypothese, dass auf diese Weise das holografische Rauschen beobachtet werden könne, wurde dafür kritisiert, dass die dafür notwendigen theoretischen Grundlagen die [[Lorentz-Transformation|Lorentz-Invarianz]] verletzten. Die Verletzung der Lorentz-Transformation ist dagegen mittlerweile stark eingeschränkt worden, ein Aspekt, der sich in der unzureichenden mathematischen Behandlung begründet.<ref name="test">[http://backreaction.blogspot.com/2009/03/holographic-noise.html Backreaction, Holographic Noise]</ref> | Die Hypothese, dass auf diese Weise das holografische Rauschen beobachtet werden könne, wurde dafür kritisiert, dass die dafür notwendigen theoretischen Grundlagen die [[Lorentz-Transformation|Lorentz-Invarianz]] verletzten. Die Verletzung der Lorentz-Transformation ist dagegen mittlerweile stark eingeschränkt worden, ein Aspekt, der sich in der unzureichenden mathematischen Behandlung begründet.<ref name="test">[http://backreaction.blogspot.com/2009/03/holographic-noise.html Backreaction, Holographic Noise]</ref> | ||
== Das Experiment == | == Das Experiment == | ||
Das Holometer | Das Holometer besteht aus zwei (''power-recycling mirror'') [[Michelson-Interferometer]]n, ähnlich den Instrumenten des [[LIGO]] Experiments. Die Interferometer können in zwei räumlichen Konfigurationen arbeiten, die als ''nested'' und ''back-to-back'' bezeichnet werden.<ref name="sciencemag">{{Literatur |Autor=A. Cho |Titel=Sparks Fly Over Shoestring Test Of 'Holographic Principle' |Sammelwerk=Science |Band=Vol. 336 |Datum=2012 |Seiten=147–149 |Sprache=en |Online=http://www.sciencemag.org/content/336/6078/147.full |DOI=10.1126/science.336.6078.147}}</ref> Entsprechend Hogans Hypothese, sollten in der ''nested'' Konfiguration die [[Strahlenteiler]] der Interferometer gemeinsam im Gleichschritt seitlich zu wandern scheinen (die Verschiebung sollte also korreliert sein), während in der ''back-to-back'' Konfiguration das seitliche Verschieben der Strahlenteiler voneinander unabhängig, also unkorreliert erscheine.<ref name="sciencemag" /> Das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein des korrelierten Verschiebungseffektes kann in jeder Konfiguration durch die [[Kreuzkorrelation]] der Ausgabe der Interferometer detektiert werden. | ||
Erste Ergebnisse, mit denen Hogans Theorie einer diskreten Raumzeitstruktur mit hoher statistischer Signifikanz (4,6 Sigma) ausgeschlossen werden konnten, wurden am 3. Dezember 2015 veröffentlicht.<ref>{{Internetquelle |autor=Andre Salles |url=http://news.fnal.gov/2015/12/holometer-rules-out-first-theory-of-space-time-correlations/ |titel=Holometer rules out first theory of space-time correlations |hrsg=fermilab |datum=2015-12-03 |abruf=2018-02-05}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Aaron S. Chou und die Holometer-Kollaboration |Titel=First Measurements of High Frequency Cross-Spectra from a Pair of Large Michelson Interferometers |Sammelwerk=Phys. Rev. Lett. |Band=117 |Datum=2015-12-03 |Seiten=111102 |arXiv=1512.01216 |DOI=10.1103/PhysRevLett.117.111102}}</ref> Damit wurde festgestellt, dass die Raumzeit in der gemessenen Skala nicht quantisiert ist. | |||
== Genauigkeit == | == Genauigkeit == | ||
Die vorausgesagten Bewegungen der Strahlteiler sollen sich aus <math>\sqrt{lpL}</math> ergeben, wobei lp die Planck-Länge und L 40 Meter (die Armlänge des Holometer) bedeutet, bei Frequenzen um wenige Megahertz. Das ist einer Bewegung von etwa 10 Attometer (10×10<sup>−18</sup> Meter) in einer drittel Mikrosekunde gleichzusetzen und entspricht einem Versatz von etwa einem Millimeter pro Jahr, also etwa | Die vorausgesagten Bewegungen der Strahlteiler sollen sich aus <math>\sqrt{lpL}</math> ergeben, wobei lp die Planck-Länge und L 40 Meter (die Armlänge des Holometer) bedeutet, bei Frequenzen um wenige Megahertz. Das ist einer Bewegung von etwa 10 Attometer (10×10<sup>−18</sup> Meter) in einer drittel Mikrosekunde gleichzusetzen und entspricht einem Versatz von etwa einem Millimeter pro Jahr, also etwa zehnmal langsamer als die [[Kontinentaldrift]].<ref>[//holometer.fnal.gov/faq.html Holometer: Frequently Asked Question]. Abgerufen am 29. Januar 2013.</ref> | ||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
Aktuelle Version vom 8. Mai 2020, 19:54 Uhr
Das Fermilab Holometer ist ein seit Ende August 2014 in Betrieb befindliches Laserinterferometer des Fermilabs in Illinois[1][2]. Es soll das weltweit empfindlichste Laserinterferometer werden und somit die Empfindlichkeit der Experimente GEO600 und LIGO übertreffen. Theoretisch reicht seine Empfindlichkeit aus, holographische Fluktuationen der Raumzeit zu detektieren.[3][4][5]
Nach Aussagen der Projektleiter soll das Holometer so empfindlich sein, dass es Fluktuationen des Lichts in der Größenordnung eines Attometers entdecken könne. Damit erreiche oder übertreffe es die Empfindlichkeit, die notwendig sei, im Bereich der kleinsten Größeneinheiten des Universums, der sogenannten Planck-Einheiten zu messen.[3][6] Das Fermilab erklärt dazu: „Jedermann kennt heute verschwommene und verpixelte Bilder oder die Klangübertragungen voller Störgeräusche, die mit geringer Bandbreite im Internet assoziiert werden. Das Holometer sucht nach dem äquivalenten Rauschen oder den Störungen in der Realität selbst, die mit dem ultimativen Frequenzlimit assoziiert werden können, das die Natur selbst vorgibt.“[4]
Craig Hogan, ein Astroteilchenphysiker am Fermilab, äußert sich über das Experiment, „Was wir suchen, erhoffen wir zu finden, wenn die Laser aus dem Gleichtakt kommen. Wir versuchen die kleinste Einheit im Universum zu entdecken. Das macht richtig Spaß, es ist so eine Art altmodisches Physikexperiment, wo man einfach nicht weiß, was am Ende rauskommt.“
Der Experimentalphysiker Hartmut Grote vom Max-Planck-Institut erklärt, dass – auch wenn er skeptisch sei, dass der Apparat die holografischen Fluktuationen des Universums zu entdecken in der Lage sei – wenn das Experiment erfolgreich ist, hätte es „einen sehr starken Einfluss auf eine der wichtigsten offenen Fragen in der fundamentalen Physik. Es wäre der erste Nachweis, dass die Raumzeit, die Grundlage des Universums, gequantelt ist“."[3]
Die Hypothese, dass auf diese Weise das holografische Rauschen beobachtet werden könne, wurde dafür kritisiert, dass die dafür notwendigen theoretischen Grundlagen die Lorentz-Invarianz verletzten. Die Verletzung der Lorentz-Transformation ist dagegen mittlerweile stark eingeschränkt worden, ein Aspekt, der sich in der unzureichenden mathematischen Behandlung begründet.[7]
Das Experiment
Das Holometer besteht aus zwei (power-recycling mirror) Michelson-Interferometern, ähnlich den Instrumenten des LIGO Experiments. Die Interferometer können in zwei räumlichen Konfigurationen arbeiten, die als nested und back-to-back bezeichnet werden.[8] Entsprechend Hogans Hypothese, sollten in der nested Konfiguration die Strahlenteiler der Interferometer gemeinsam im Gleichschritt seitlich zu wandern scheinen (die Verschiebung sollte also korreliert sein), während in der back-to-back Konfiguration das seitliche Verschieben der Strahlenteiler voneinander unabhängig, also unkorreliert erscheine.[8] Das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein des korrelierten Verschiebungseffektes kann in jeder Konfiguration durch die Kreuzkorrelation der Ausgabe der Interferometer detektiert werden.
Erste Ergebnisse, mit denen Hogans Theorie einer diskreten Raumzeitstruktur mit hoher statistischer Signifikanz (4,6 Sigma) ausgeschlossen werden konnten, wurden am 3. Dezember 2015 veröffentlicht.[9][10] Damit wurde festgestellt, dass die Raumzeit in der gemessenen Skala nicht quantisiert ist.
Genauigkeit
Die vorausgesagten Bewegungen der Strahlteiler sollen sich aus $ {\sqrt {lpL}} $ ergeben, wobei lp die Planck-Länge und L 40 Meter (die Armlänge des Holometer) bedeutet, bei Frequenzen um wenige Megahertz. Das ist einer Bewegung von etwa 10 Attometer (10×10−18 Meter) in einer drittel Mikrosekunde gleichzusetzen und entspricht einem Versatz von etwa einem Millimeter pro Jahr, also etwa zehnmal langsamer als die Kontinentaldrift.[11]
Einzelnachweise
- ↑ http://www.shortnews.de/id/1104146/holometer-projekt-ist-das-universum-nur-ein-hologramm-aus-zwei-dimensionen
- ↑ http://www.huffingtonpost.com/2014/08/29/space-hologram-experiment-two-dimensions_n_5726262.html
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Mosher, David: World’s Most Precise Clocks Could Reveal Universe Is a Hologram. Wired. 28. Oktober 2010. Abgerufen am 12. März 2013.
- ↑ 4,0 4,1 The Fermilab Holometer. Fermi National Accelerator Laboratory. Abgerufen am 1. November 2010.
- ↑ Dillow, Clay: Fermilab is Building a 'Holometer' to Determine Once and For All Whether Reality Is Just an Illusion. Popular Science. 21. Oktober 2010. Abgerufen am 12. März 2013.
- ↑ Do We Live in a Two-Dimensional Universe? An Interview with Physicist Craig Hogan. In: Joe Hubris, 29. Juni 2012. Abgerufen am 12. März 2013.
- ↑ Backreaction, Holographic Noise
- ↑ 8,0 8,1
- ↑ Andre Salles: Holometer rules out first theory of space-time correlations. fermilab, 3. Dezember 2015, abgerufen am 5. Februar 2018.
- ↑ Aaron S. Chou und die Holometer-Kollaboration: First Measurements of High Frequency Cross-Spectra from a Pair of Large Michelson Interferometers. In: Phys. Rev. Lett. Band 117, 3. Dezember 2015, S. 111102, doi:10.1103/PhysRevLett.117.111102, arxiv:1512.01216.
- ↑ Holometer: Frequently Asked Question. Abgerufen am 29. Januar 2013.