Folyamatos az alapvető valóságunk, vagy apró, diszkrét bitekre van feldarabolva?
Másik kérdés: vajon a téridő sima vagy vastag-e? A kérdés a fizika legalapvetőbb elméleteinek középpontjában áll, összekapcsolva azt a módot, ahogy a tér és az idő keresztezik a mindennapi létünk anyagát.
A tér és az idő természetének kísérleti kipróbálása azonban lehetetlen volt, mert a szélsőséges energiák szükségesek az ilyen apró mérlegek kipróbálásához az univerzumban.. Vagyis - eddig. Csillagászok csapata ambiciózus új tervet javasolt egy apró űrhajópark felhasználására a fénysebesség finom változásainak felismerésére, ami a kozmosz legfontosabb gondolatainak elmélete. Ha a teret és az időt valóban apró részekre bontják, a kutatás utat nyithat a valóság teljesen új megértésének.
Dagadós vs sima
A kérdés: "mi a tér és az idő?" Több ezer évvel ezelőtt nyúlik vissza, és modern megértésünk két különös módon összeegyeztethetetlen oszlopon nyugszik: a kvantummechanikán és Einstein általános relativitáselméletén.
Általánosságban a relativitáselmélet, a tér és az idő a szövet egyesített anyagába szövött össze téridő, a négydimenziós szakasz, amely alátámasztja világegyetemünket. Ez a téridő folyamatos, ami azt jelenti, hogy sehol nincs rés; egészen sima textúra. A tér-idő azonban nem csupán a mi részünk cselekedete; ez is egy játékos: a téridő hajlítása és elhajlása adja meg a tapasztalatainkat a gravitációról.
A másik sarokban a kvantummechanikának nevezett szabálykészlet az univerzum nagyon apró dolgainak kölcsönhatásait szabályozza. A kvantummechanika azon az elképzelésen nyugszik, hogy mindennapi tapasztalataink nem nagy része sima és folyamatos, hanem dagadt. Más szavakkal, kvantálva van. Az energia, lendület, centrifugálás és az anyag sok más tulajdonsága csak különálló kis csomagokban található meg.
Sőt, maga a kvantummechanika is két táborra oszlik. Egyrészt megvannak a mindennapi létünk ismerős részecskéi, például elektronok és protonok, amelyek kölcsönhatásba lépnek és más érdekes dolgokat csinálnak. Ezek nyilvánvalóan nagyon darabok, mivel különálló "dolgok". Másrészt megvan a kvantummezeink. A szubatómiai világban mindenféle részecskének megvan a saját tereje, amely az egész téridőben elterjed; amikor a részecskékre gondolunk, akkor kicsi rezgésekre gondolunk a területükön, amelyek viszont kölcsönhatásba lépnek más részecskékkel, és más érdekes dolgokat csinálnak. A mezők érthetően nagyon simaak.
Idő és tér darabjai
Tehát van néhány sima kép az univerzumunkról és néhány darab is. Ami a tér-időt illeti, könnyen el tudjuk képzelni, hogy a kvantummechanika fogalmait egészen logikai következtetésükre kiterjesztjük, és úgy ítélhetjük meg, hogy a tér és az idő diszkrét: A valóság nagyon szövet fel van osztva, mint pixelek a számítógép képernyőjén. , és amit sima, folyamatos mozgásként tapasztalunk, nem más, mint diszkrét pixel rács a legkisebb skálán.
A kvantummechanika és az általános relativitáselméleti összefonódás számos elmélete, például a húrelmélet és a hurokkvantum gravitáció, megjósolja a diszkrét téridő valamilyen formáját (bár ennek a részeknek a pontos előrejelzései, értelmezései és következményei még mindig nem érthetők). Ha bizonyítékokat találnánk a diszkrét téridőre, akkor az nem csak a valóság megértését teljesen átírná, hanem a fizika forradalmának nyitására is utat nyitna.
Ez a diszkrétencia csak a legfinomabb módon mutatható ki; különben már észrevettük volna. Különböző elméletek jósolták, hogy ha a téridő valóban darabos, akkor a fénysebesség nem lehet teljesen állandó - a fény energiájától függően valaha is enyhén eltolódhat. A magasabb energiatartalmú fény rövidebb hullámhosszú, és amikor a hullámhossz elég kicsi lesz, akkor "láthatja" az űrtartam repedését. Képzelje el, hogy sétál a járdán: nagy lábakkal nem észlel semmiféle apró repedést vagy dudorot, de ha mikroszkopikus lába lenne, minden apró tökéletlenség fölé esne, és lelassít. De ez a váltás hihetetlenül apró; ha a tér-idő diszkrét, akkor egy skálán több mint milliárdszor kisebb, mint amit jelenleg a leghatásosabb kísérleteinkben meg tudunk vizsgálni.
A grál keresése
Belép GrailQuest: a tér-idő kvantumkutatásának Gamma-ray Csillagászat laboratóriuma. Csillagászok csapata javaslatot nyújtott be erre a küldetésre az Európai Űrügynökség (ESA) új téridő-vadászat ötleteinek felhívására válaszul. Javaslataikat az arXiv adatbázisban részletezik, vagyis a szakértők még nem vizsgálták felül.
Itt van a gombóc: Annak érdekében, hogy megnézhesse, ha a fénysebesség változik-e különböző energiákkal, hatalmas mennyiségű fényt kell gyűjtenünk az univerzumban, és a GrailQuest reméli, hogy ezt megteszi.
A GrailQuest egy kicsi, egyszerű űrhajó flottájából áll (a pontos szám változik, néhány tíztől kezdve, ha a műholdak nagyobbak, vagy akár több ezernél több is, ha kisebbek), hogy folyamatosan figyeljék az égboltot a gammasugár robbantásának szempontjából. Ezek az univerzum legerősebb robbanásai. Ahogy a nevük sugallja, ezek a kitörések nagy mennyiségű nagy energiájú fotont, a gamma-sugarat bocsátanak ki. Ezek a gamma-sugarak több milliárd év alatt áthaladnak, mielőtt elérték az űrhajó flottáját, amely rögzíti a gamma-sugarak energiáját és az időtartam-különbségeket, amikor a robbanás a flotta fölé mossa.
Megfelelő pontossággal a GrailQuest képes feltárni, ha a tér-idő diszkrét. Legalábbis a megfelelő beállításokkal rendelkezik: Megvizsgálja a legnagyobb energiájú fényt (amelyet leginkább azok az elméletek érintnek, amelyek szerint a téridő vastag); a gammasugarak milliárd fényév alatt utaztak (lehetővé téve a hatás idővel felépülését); és az űrhajó elég egyszerű a gyártáshoz tömegesen (így az egész flotta a lehető legtöbb eseményt láthatja az égbolton keresztül).
Hogyan változhatna a valóságról alkotott elképzelésünk, ha a GrailQuest bizonyítékokat találna a tér-idő diszkréciójára? Lehetetlen mondani - jelenlegi elméleteink az egész térképen vannak, amikor a következményekre vonatkoznak. De nem számít, várnunk kell. Az ESA-javaslatoknak ez a fordulója 2035 és 2050 között indul. Bár várunk, megvitathatjuk, hogy az eddig eltelt idő alapvetően sima vagy vastag-e.
- A 12 furcsa tárgy az univerzumban
- A nagy robbantól a jelenig: Világegyetem pillanatképei az idő múlásával
- A nagy számok, amelyek meghatározzák az univerzumot
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, házigazda Kérdezz egy űrhajóstól és Space Radio, és a Helyed az univerzumban.
