Ar mūsų pagrindinė tikrovė yra tęstinė, ar ji suskaidyta į mažas, atskiras dalis?
Paklausėte kito būdo: ar erdvės laikas yra sklandus, ar kietas? Klausimas susijęs su pagrindinėmis fizikos teorijomis, susiejančiomis erdvės ir laiko susikirtimą su mūsų kasdienio egzistavimo medžiaga.
Tačiau eksperimentuoti erdvės ir laiko prigimties buvo neįmanoma dėl ekstremalių energijų, reikalingų tokioms mažytėms svarstyklėms zonoje nustatyti.. Tai yra - iki šiol. Astronomų komanda pasiūlė plataus užmojo naują planą, kaip panaudoti mažų erdvėlaivių parką, kad būtų galima pastebėti subtilius šviesos greičio pokyčius. Tai yra bruožas kai kurioms iš proto linkusių kosmoso teorijų. Jei erdvė ir laikas iš tikrųjų bus suskaidyti į dalis, tyrimai galėtų paruošti kelią visiškai naujam tikrovės supratimui.
Stambus ir lygus
Klausimas „kas yra erdvė ir laikas?“ siekia tūkstančius metų, o mūsų šiuolaikinis supratimas remiasi dviem keistai nesuderinamais stulpais: kvantine mechanika ir Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija.
Apskritai reliatyvumas, erdvė ir laikas yra sujungti į vieningą audinį kosmoso laikas, keturių dimensijų etapas, kuris yra mūsų visatos pagrindas. Šis erdvės laikas yra ištisinis, o tai reiškia, kad niekur nėra spragų; visa tai lygi tekstūra. Vis dėlto laikas-erdvė nėra tik platforma, leidžianti veikti savo dalimis; tai taip pat yra žaidėjas: erdvės-laiko lenkimas ir deformacija suteikia mums sunkumo patirties.
Priešingame kampe taisyklių rinkinys, vadinamas kvantine mechanika, reguliuoja labai mažų dalykų visatoje sąveiką. Kvantinė mechanika remiasi mintimi, kad ne mūsų kasdienė patirtis yra sklandi ir nenutrūkstama, tačiau sudėtinga. Kitaip tariant, jis yra kiekybinis. Energija, impulsas, nugara ir daugybė kitų materijos savybių yra tik mažose pakuotėse.
Be to, pati kvantinė mechanika taip pat suskaidoma į dvi stovyklas. Viena vertus, mes turime pažįstamų mūsų kasdienio egzistavimo dalelių, tokių kaip elektronai ir protonai, kurie sąveikauja ir daro kitus įdomius dalykus. Akivaizdu, kad jie yra labai stambūs, nes jie yra atskiri „dalykai“. Kita vertus, mes turime kvantinius laukus. Subatominiame pasaulyje kiekviena dalelių rūšis turi savo lauką, kuris plinta per visą erdvės laiką; kai mes galvojame apie daleles, mes galvojame apie mažus virpesius jų laukuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su kitomis dalelėmis ir daro keletą kitų įdomių dalykų. Laukai suprantamai labai sklandžiai.
Laikai ir erdvė
Taigi, mes turime keletą sklandžių savo visatos paveikslėlių ir keletą stambių. Kalbant apie patį erdvės laiką, mes galime lengvai įsivaizduoti, kiek įmanoma išplėsti kvantinės mechanikos sąvokas iki logiškos išvados, ir nuspręsti, kad erdvė ir laikas yra atskiri: Pats tikrovės audinys kompiuterio ekrane yra padalytas kaip taškai. , ir tai, ką mes patiriame kaip sklandų, nenutrūkstamą judėjimą, yra ne kas kita, kaip atskirų taškų tinklelis mažiausioje skalėje.
Daugybė kvantinės mechanikos ir bendrojo reliatyvumo sujungimo teorijų, tokių kaip stygų teorija ir kilpų kvantinė gravitacija, numato tam tikrą diskrečiojo erdvės laiko formą (nors tikslios to stačiakampio prognozės, aiškinimai ir padariniai vis dar menkai suprantami). Jei rastume įrodymų apie diskretųjį erdvės laiką, tai ne tik visiškai perrašytų mūsų supratimą apie tikrovę, bet ir atvertų duris fizikos revoliucijai.
Šis diskretiškumas gali atsiskleisti tik pačiais subtiliausiais būdais; kitaip mes tai jau būtume pastebėję. Įvairios teorijos numatė, kad jei erdvės laikas iš tikrųjų buvo stambus, šviesos greitis gali būti ne visai pastovus - jis gali taip truputį pasislinkti priklausomai nuo tos šviesos energijos. Aukštesnės energijos šviesa turi trumpesnį bangos ilgį, o kai bangos ilgis tampa pakankamai mažas, ji gali „pamatyti“ erdvėlaikio stambumą. Įsivaizduokite, kad einate šaligatviu: didelėmis kojomis nepastebite jokių mažų įtrūkimų ar iškilimų, tačiau jei turėtumėte mikroskopines pėdas, galite įveikti kiekvieną mažą netobulumą ir sulėtinti jus. Tačiau šis poslinkis yra nepaprastai mažas; jei erdvės laikas yra diskretus, jis yra daugiau nei milijardą kartų mažesnis nei tai, ką šiuo metu galime nustatyti savo galingiausiuose eksperimentuose.
Gralio ieškojimas
Įveskite „GrailQuest“: Tarptautinė gama spindulių astronomijos laboratorija, skirta erdvės ir laiko kvantiniams tyrimams. Astronomų komanda pateikė šios misijos pasiūlymą reaguodama į Europos kosmoso agentūros (ESA) raginimą pateikti naujas idėjas apie medžioklę erdvėje ir laike. Jų pasiūlymas yra išsamiai aprašytas „arXiv“ duomenų bazėje, tai reiškia, kad to kolegos dar neperžiūrėjo.
Štai šnipštas: norėdami pamatyti, ar šviesos greitis keičiasi esant skirtingoms energijoms, turime surinkti didžiulį kiekį didžiausios energijos šviesos visatoje, o „GrailQuest“ tikisi tai padaryti.
„GrailQuest“ sudaro mažų paprastų erdvėlaivių parkas (tikslus skaičius svyruoja nuo vos kelių dešimčių, jei palydovai yra didesni, iki gerokai daugiau nei keli tūkstančiai, jei jie mažesni), kad būtų galima nuolat stebėti dangų, ar nėra gama spindulių. Tai yra vieni galingiausių sprogimų visatoje. Kaip rodo jų pavadinimas, šie sprogimai išskiria daugybę didelės energijos fotonų, gamtinių spindulių. Šie gama spinduliai keliauja per milijardus metų, kol pasiekia erdvėlaivio parką, kuriame užfiksuota gama spindulių energija ir laiko skirtumai, kai sprogimas sklinda virš laivyno.
Esant pakankamai tikslumui, „GrailQuest“ gali sugebėti atskleisti, ar erdvės laikas yra diskretus. Bent jau jis turi teisingą sąranką: tiria didžiausios energijos energiją (kuri labiausiai paveikiama teorijose, kurios prognozuoja, kad erdvės laikas yra kietas); gama spinduliai sklinda milijardais šviesmečių (tai leidžia laikui bėgant sukurti efektą); o erdvėlaivis yra pakankamai paprastas gaminti masiškai (taigi visas laivynas gali pamatyti kuo daugiau įvykių visame danguje).
Kaip pasikeistų mūsų tikrovės samprata, jei „GrailQuest“ rastų įrodymų apie erdvės-laiko diskretiškumą? Neįmanoma pasakyti - dabartinės mūsų teorijos yra visame žemėlapyje, kai kalbame apie pasekmes. Bet kad ir kaip bebūtų, mes turėsime palaukti. Šis EKS pasiūlymų raundas skirtas skelbti 2035–2050 m. Laukdami galime diskutuoti, ar laikas tarp dabar ir iš esmės yra sklandus, ar sudėtingas.
- 12 keisčiausių objektų visatoje
- Nuo didžiojo sprogimo iki dabarties: akimirkos iš mūsų Visatos momentinių vaizdų
- Dideli skaičiai, apibūdinantys Visatą
Paulius M. Sutteris yra astrofizikas Ohajo valstijos universitetas, šeimininkas Paklauskite erdvėlaivio ir Kosminis radijas, ir autorius Jūsų vieta Visatoje.
