Paradeim Holograffig

Damcaniaeth wyddonol newydd a allai weddnewid ein dealltwriaeth o natur yw'r Paradeim Holograffig

Ym 1982, ym Mhrifysgol Paris perfformiodd tîm archwilio dan arweiniad y ffisegwr Alain Aspect rywbeth a allai brofi i fod yn un o arbrofion pwysicaf yr 20g. Mae rhai'n credu gall ei ddarganfyddiad newid wyneb gwyddoniaeth.

Darganfu tîm Aspect fod -dan yr amgylchiadau priodol- gronynnau isatomig fel electronau'n gallu cyfathrebu gyda'i gilydd yn ebrwydd, heb ots am y pellter sydd yn eu gwahanu. Does dim gwahaniaeth pa bellter sydd rhyngddynt, boed hynny'n 10 metr neu 10 biliwn o gilometrau.

Rhywsut mae pob gronyn bob amser yn gwybod beth ydy'r gronyn arall yn ei wneud. Y broblem gyda hyn ydy ei fod yn torri daliad Einstein na ellir unrhyw gyfathrebu deithio'n gyflymach na chyflymder golau. Gan fod teithio'n gyflymach na chyflymder golau'n gyfateb i dorri barier amser, mae'r rhagolwg beichus hwn wedi achosi i rai ffisegwyr geisio creu ffyrdd llafurfawr i esbonio darganfyddiad Aspect. Ond mae hefyd wedi ysbrydoli eraill i gynnig esboniadau sydd hyd yn oed yn fwy radical.

Er enghraifft, roedd ffisegwr Prifysgol Llundain o'r enw David Bohm yn credu bod darganfyddiad Aspect yn awgrymu nad ydy realiti gwrthrychol yn bodoli; bod y bydysawd, serch ei soletrwydd ymddangosol, mewn gwirionedd yn rhith, yn hologram anferth.

I ddeall pam wnaeth Bohm yr honiad syfrdanol hwn, rhaid deall yn gyntaf rhywbeth am hologramau. Mae hologram yn ffotograff tri-dimensiynol wedi ei greu gyda chymorth laser. I greu'r hologram, mae'r gwrthrych sydd i gael ei ffotograffio'n cael ei ymdrochi yng ngolau pelydryn laser. Yna mae ail belydryn laser yn cael ei dampio yn erbyn golau adlewyrchiedig y cyntaf ac mae'r patrwm ymyriant canlynol (y rhan lle mae'r ddau belydryn yn cymysgu) yn cael ei ddal ar ffilm.
Pan ddatblygir y ffilm, mae'n edrych fel trobwll disynnwr o linellau golau a thywyll. Ond wrth i'r ffilm gael ei goleuo gan belydryn laser arall, mae delwedd dair dimensiwn o'r gwrthrych gwreiddiol yn ymddangos.

Dydy tri-dimensiynoliaeth hologram ddim yr unig nodwedd hynodol am hologramau. Os mae hologram o rosyn yn cael ei ddarnio, bydd pob darn yn dal i gynnwys delwedd o rosyn cyfan. Yn wahanol i ffotograffau normal, mae pob rhan o hologram yn cynnwys pob darn o wybodaeth sydd gan yr hologram cyfan.
Mae natur "y cyfan ym mhopeth" hologram yn dangos ffordd hollol newydd o ddeall trefniant. Trwy gydol ei hanes mae gwyddoniaeth y Gorllewin wedi llafurio dan y rhagfarn bod y ffordd well i ddeall ffenomen ffisegol, boed hynny'n froga neu'n atom, ydy i'w ddyrannu ac astudio ei rannau ar wahân.

Mae hologram yn ein dysgu na allai rhai pethau yn ein bydysawd fenthyca eu hunain i'r broses hon o ddyrannu. Os ceisiwn ni ddyrannu rhywbeth sydd wedi eu creu'n holograffigol, chawn ni ddim ond cyfanau llai.

Awgrymodd y mewnwelediad hwn i Bohm ffordd arall o ddeall darganfyddiad Aspect. Credai Bohm fod gronynnau isatomig yn gallu cysylltu â'i gilydd serch y pellter rhyngddynt nid oherwydd eu bod yn danfon rhyw signal dirgel yn ôl ac ymlaen, ond oherwydd mai rhith ydy eu gwahanolrwydd. Roedd yn dadlau doedd y gronynnau -ar ryw lefel ddyfnach o realiti- ddim yn endidau unigol, eithr yn estyniadau o'r un "rhywbeth" sylfaenol.

Er mwyn galluogi pobl i ddeall hyn, cynigiodd Bohm yr eglurdeb ganlynol:

Dychmygwch acwariwm sy'n cynnwys un pysgodyn. Dychmygwch hefyd nad ydych yn gallu gweld yr acwariwm yn uniongyrchol ac bod eich gwybodaeth amdano a'i gynnwys yn dod o ddau gamera teledu, un wedi ei gyfeirio at flaen yr acwariwm, a'r llall wedi ei gyfeirio at ei ochr.
Wrth ichi wylio'r ddau fonitor teledu, gallech chi dybio bod y pysgodyn ar bob un o'r sgriniau'n endidau gwahanol. Wedi'r cwbl, mae'r camerâu wedi eu gosod ar onglau gwahanol, felly bydd symudiadau'r delweddau ychydig yn wahanol. Ond wrth ichi ddal i wylio'r ddau bysgodyn, byddwch yn sylweddoli bod yna ryw berthynas rhyngddynt. Pan fo un yn troi, mae'r llall yn gwneud symudiad cyfatebol ond gwahanol; pan fo un yn wynebu'r tu blaen, mae'r llall bob amser yn wynebu'r ochr. Os rydych chi'n dal yn anwybodus am realiti llawn y sefyllfa, gellwch hyd yn oed ddod i'r casgliad bod y ddau bysgodyn rhywsut yn gallu cyfathrebu â'i gilydd yn ebrwydd.

Yn ôl Bohm dyma'n union beth sy'n digwydd gyda'r gronynnau isatomig yn arbrawf Aspect. Yn ôl Bohm, yr ydym yn gweld gwrthrychau fel y gronynnau isatomig fel endidau gwahanol oherwydd yr ydym yn gweld ond un rhan o'u realiti.

Dydy'r fath ronynnau ddim yn "rhannau" gwahanol, eithr ffasedau undod gwaelodol dyfnach, un sydd mor holograffig ac anrhanadwy â hologram y rhosyn.

Yn ychwanegol i'w natur ledrithiol, byddai gan y fath fydysawd nodweddau trawiadol eraill. Os mai rhith ydy gwahanolrwydd ymddangosol y gronynnau isatomig, yna ar lefel ddyfnach o realiti mae popeth yn y bydysawd yn rhyng-gysylltiedig, yn ffasedau o'r un "rhywbeth" sylfaenol.

Mae'r electronau mewn atom carbon yn yr ymennydd dynol felly'n gysylltiedig â phob eog sy'n nofio, pob calon sy'n curo, a phob seren sy'n disgleirio yn y ffurfafen.
Mewn bydysawd holograffig, ni ellir ystyried hyd yn oed amser a gofod fel sylfeini, oherwydd mae cysyniadau fel lleoliad yn torri i lawr mewn bydysawd lle nad oes gwahanolrwydd rhwng un peth a'r llall. Yn y fath Superhologram mae gorffennol, presennol a dyfodol yn bodoli'n gydamserol.

Dydy Bohm ddim yr unig un sydd wedi dod i'r casgliad hwn. O weithio'n annibynnol ym maes archwilio'r ymennydd, mae newroffisiolegwr o Stanford, Karl Pribram, hefyd wedi cael ei argyhoeddi mai hologram ydy'r bydysawd.

Cafodd Pribram ei dynnu at y model holograffig gan y pos ynglŷn â sut mae cofion yn cael eu storio yn yr ymennydd. Mae astudiaethau niferus dros y degawdau wedi dangos bod cofion yn cael eu gwasgaru trwy gydol yr ymennydd yn hytrach na chael eu cadw mewn un lleoliad arbennig.
Mewn cyfres o arbrofion cofiadwy yn y 1920au, darganfyddodd gwyddonydd ymennydd o'r enw Karl Lashley nad oedd ots pa ran o ymennydd llygoden fawr symudodd, roedd yn amhosibl difa cof y llygoden am sut i berfformio tasgau cymhleth. Y broblem oedd doedd neb yn gallu creu mecanwaith a allai esbonio natur "y cyfan ym mhopeth" storio cofion.
Yna yn y 1960au daeth Pribram o hyd at y cysyniad o holograffeg a sylweddolodd ei fod wedi darganfod yr esboniad roedd gwyddonwyr ymennydd wedi bod yn chwilio amdano.
Mae Pribram yn credu bod cofion yn cael eu hamgodio, nid mewn newronau, ond mewn patrymau o ysgogiadau nerfau sy'n croesymgroes yr ymennydd cyfan yn yr un ffordd mae patrymau o olau laser yn croesymgroes ffilm gyfan sy'n cynnwys delwedd holograffig. Mewn geiriau eraill, mae Pribram yn credu mai hologram ydy'r ymennydd ei hun.

Mae theori Pribram hefyd yn esbonio sut gall yr ymennydd dynol storio cymaint o gofion mewn cyn lleied o le. Amcangyfrifir bod yr ymennydd dynol yn gallu cofio tua 10 biliwn o ddarnau gwybodaeth yn ystod ei oes. Yn debyg i hynny, mae hologram yn gallu storio gwybodaeth trwy newid onglau'r ddau laser sy'n taro rhan o ffilm ffotograffig, ac felly'n gallu recordio llawer o ddelweddau ar yr un arwyneb. Gall un centimetr ciwbig o ffilm storio cymaint â 10 biliwn o ddarnau gwybodaeth.

Gellir deall yn well ein gallu i nôl pa wybodaeth bynnag sydd angen yn fuan o storfa enfawr ein cofion os mae'r ymennydd yn gweithio yn ôl egwyddorion holograffig. Pe bai cyfaill yn gofyn ichi ddweud wrtho beth sy'n dod i'ch meddwl wrth glywed y gair "sebra", does dim angen sortio'n ddi-glem trwy ryw ffeil anferth o gofion yn nhrefn y wyddor er mwyn cyrraedd ymateb. Yn lle hynny, byddai geiriau cysylltiol fel "streipog", "fel ceffyl" ac "anifail o Affrica" yn dod i'ch meddwl yn ebrwydd.

Yn wir, un o'r pethau mwyaf anhygoel am y broses ddynol o feddwl ydy bod pob darn o wybodaeth yn ymddangos i gael ei groesgyfeirio ar unwaith i bob darn arall o wybodaeth, nodwedd arall sy'n briodol i'r hologram.

Dydy storio cofion ddim yr unig pos newroffisiolegol sy'n cael ei ddatrys gan fodel holograffig Pribram o'r ymennydd. Un arall ydy sut mae'r ymennydd yn gallu cyfieithu'r afalans o amleddau a dderbynir trwy'r synhwyrau.
Amgodio a dadgodio amleddau ydy'r union peth mae hologramau'n ei wneud. Yn union fel mae hologram yn gweithio fel lens, dyfais a all droi cymysgedd disynnwyr o amleddau'n ddelwedd gydlynol, mae Pribram yn credu bod yr ymennydd yn gweithio fel lens gan ddefnyddio egwyddorion holograffig i droi'n fathemategol yr amleddau a dderbynir trwy'r synhwyrau yn ganfyddiadau cydlynol.

Mae'r darlun newydd trawiadol hwn o realiti, y cyfosodiad o dybiau Bohm a Pribram, yn cael ei adnabod fel "y paradeim holograffig".

Gwyddoniaeth
Ffiseg Cwantwm