Peter Tucker
0 
4760
638
Je naše základní realita kontinuální nebo je nasekaná na malé, diskrétní kousky?
Jinak řečeno, je časoprostor hladký nebo robustní? Tato otázka se týká jádra nejzákladnějších teorií fyziky a spojuje způsob, jakým se prostor a čas protínají s materiálem naší každodenní existence..
Experimentální testování povahy prostoru a času však bylo nemožné, protože byly zapotřebí extrémní energie potřebné ke zkoumání těchto malých měřítek ve vesmíru.. To je - dosud. Tým astronomů navrhl ambiciózní nový plán použití flotily malých kosmických lodí k detekci jemných změn rychlosti světla, což je charakteristický znak některých z nejvíce ohýbajících teorií kosmu. Pokud se prostor a čas skutečně rozdělí na malé kousky, výzkum by mohl vydláždit cestu pro zcela nové chápání reality.
Příbuzný: 18 největších nevyřešených záhad ve fyzice
Husté vs. hladké
Otázka „co je prostor a čas?“ sahá tisíce let a naše moderní chápání spočívá na dvou podivně nekompatibilních pilířích: kvantové mechanice a Einsteinově teorii obecné relativity.
Obecně platí, že relativita, prostor a čas jsou tkané společně do sjednocené struktury vesmírný čas, čtyřrozměrné stádium, které je základem našeho vesmíru. Tento časoprostor je nepřetržitý, což znamená, že nikde nejsou mezery; je to všechno hladká textura. Vesmírný čas není pro nás jen platformou pro jednání s našimi částmi; je to také hráč: Ohýbání a deformace časoprostoru nám dává naši zkušenost gravitace.
Příbuzný: 8 způsobů, jak můžete vidět Einsteinovu teorii relativity v reálném životě
V opačném rohu interakce velmi nepatrných věcí ve vesmíru řídí soubor pravidel nazývaných kvantová mechanika. Kvantová mechanika spočívá v myšlence, že mnoho našich každodenních zkušeností není plynulé a souvislé, ale robustní. Jinými slovy, je to kvantováno. Energie, hybnost, rotace a mnoho dalších vlastností hmoty přicházejí pouze v diskrétních malých balíčcích.
A co víc, sama kvantová mechanika se také dělí na dva tábory. Na jedné straně máme známé částice naší každodenní existence, jako jsou elektrony a protony, které interagují a dělají další zajímavé věci. Jsou to zjevně velmi robustní, protože se jedná o diskrétní „věci“. Na druhé straně máme kvantová pole. V subatomickém světě má každý druh částice své vlastní pole, které se šíří skrz časoprostor; Když přemýšlíme o částicích, myslíme na malé vibrace v jejich polích, které zase interagují s jinými částicemi a dělají nějaké další zajímavé věci. Pole jsou pochopitelně velmi plynulá.
Kousky času a prostoru
Máme tedy nějaké hladké obrázky našeho vesmíru a některé robustní. Pokud jde o samotný časoprostor, dokážeme si snadno představit rozšíření konceptů kvantové mechaniky až k jejich logickému závěru a usuzování, že prostor a čas jsou diskrétní: Samotná struktura reality je rozdělena jako pixely na obrazovce počítače a to, co prožíváme jako plynulý a plynulý pohyb, není nic jiného než mřížka diskrétních pixelů v nejmenším měřítku.
Příbuzný: Iluze času: Co je skutečné?
Mnoho teorií slučování kvantové mechaniky a obecné relativity, jako je strunová teorie a smyčková kvantová gravitace, předpovídají nějakou formu diskrétního časoprostoru (ačkoli přesné předpovědi, interpretace a důsledky té chunkiness jsou stále špatně pochopeny). Pokud bychom mohli najít důkazy pro diskrétní časoprostor, nejen by to úplně přepsalo naše chápání reality, ale také otevřelo dveře revoluci ve fyzice.
Tato diskrétnost se může odhalit jen nejjemnějším způsobem; jinak bychom to už teď spatřili. Různé teorie předpovídaly, že pokud by byl časoprostor skutečně robustní, pak by rychlost světla nemusela být zcela konstantní - může se v závislosti na energii toho světla posouvat stále tak nepatrně. Světlo s vyšší energií má kratší vlnovou délku a když je vlnová délka dostatečně malá, může „vidět“ chundy časoprostoru. Představte si, že chodíte po chodníku: s velkými nohama si nevšimnete drobných prasklin nebo hrbolků, ale pokud byste měli mikroskopické nohy, zakopli byste každou malou nedokonalost a zpomalili vás. Ale tento posun je neuvěřitelně malý; pokud je časoprostor diskrétní, je v měřítku více než miliardkrát menší než to, co můžeme v současné době v našich nejsilnějších experimentech sondovat.
Pátrání po grálu
Vstoupit GrailQuest: Mezinárodní laboratoř astronomie pro kvantové zkoumání kosmického času. Tým astronomů předložil návrh této mise v reakci na výzvu Evropské vesmírné agentury (ESA) na nové nápady na časoprostorový lov. Jejich návrh je podrobně popsán v databázi arXiv, což znamená, že dosud nebyl recenzován kolegy v terénu.
Zde je řada: Abychom zjistili, zda se rychlost světla mění s různými energiemi, musíme shromáždit obrovské množství světla s nejvyšší energií ve vesmíru a GrailQuest doufá, že to udělá jen to.
GrailQuest se skládá z flotily malých, jednoduchých kosmických lodí (přesný počet se liší, od několika desítek, pokud jsou satelity větší, až po několik tisíc, jsou-li menší), aby neustále sledovaly oblohu kvůli výbuchu gama paprsků. To jsou některé z nejsilnějších explozí ve vesmíru. Jak napovídá jejich název, tyto výbuchy uvolňují velké množství vysokoenergetických fotonů, a.k.a. paprsků gama. Tyto gama paprsky cestují přes miliardy let před dosažením flotily kosmických lodí, které zaznamenávají energii gama paprsků a rozdíly v časování, když se výbuch vyplaví přes flotilu.
S dostatečnou přesností by mohl být GrailQuest schopen odhalit, pokud je časoprostor diskrétní. Alespoň má správné nastavení: Zkoumá světlo s nejvyšší energií (což je nejvíce ovlivněno teoriemi, které předpovídají, že časoprostor je robustní); paprsky gama cestují po miliardy světelných let (což umožňuje, aby se účinek časem zvyšoval); a kosmická loď je dostatečně jednoduchá na výrobu en masse (aby celá flotila mohla vidět co nejvíce událostí po celé obloze).
Jak by se naše pojetí reality změnilo, kdyby GrailQuest měl najít důkazy pro diskrétnost časoprostoru? Je nemožné říci - naše současné teorie jsou po celé mapě, pokud jde o důsledky. Ale bez ohledu na to, budeme muset počkat. Toto kolo návrhů ESA je určeno k zahájení někdy mezi lety 2035 a 2050. Zatímco čekáme, můžeme debatovat o tom, zda čas, který uplyne od této chvíle, je v zásadě plynulý nebo robustní.
- 12 nejpodivnějších objektů ve vesmíru
- Od velkého třesku do současnosti: Snímky našeho vesmíru v čase
- Velká čísla, která definují vesmír
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autor Vaše místo ve vesmíru.
Původně publikováno dne .
