10 загадок пространства-времени, которые сможет решить квантовая гравитация

Замечательна общая теория относительности Эйнштейна, в которой гравитация рождается из-за кривизны пространства-времени. Это было подтверждено с невероятным уровнем точности, в некоторых случаях до пятнадцати знаков после запятой. Одним из самых интересных из ее предсказаний было существование гравитационных волн: рябь в пространстве-времени, которая свободно распространяется. Не так давно эти волны были пойманы детекторами LIGO и VIRGO.

И все же есть много вопросов, на которые у нас нет ответов. Квантовая гравитация может помочь найти их.

Мы знаем, что общая теория относительности неполна. Это проявляется хорошо, когда квантовые эффекты пространства-времени полностью невидимы, и это почти всегда. Но когда квантовые эффекты пространства-времени становятся больше, нам нужна лучшая теория: теория квантовой гравитации.

Иллюстрация ранней Вселенной, состоящей из квантовой пены, когда квантовые флуктуации были огромными и проявлялись в самых маленьких масштабах

Поскольку мы еще не составили теорию квантовой гравитации, мы не знаем, какое пространство и время есть. У нас есть несколько подходящих теорий квантовой гравитации, но никто из них не принимается широко. Тем не менее, исходя из существующих подходов, мы можем предположить, что может случиться с пространством и временем в теории квантовой гравитации. Физик Сабина Хоссфендер собрала десять ярких примеров.

1) В квантовой гравитации в пространстве-времени будут возникать дикие флуктуации даже в отсутствие материи. В квантовом мире вакуум никогда не остается в состоянии покоя, как пространство и время.

В наименьшем квантовом масштабе вселенная может быть заполнена крошечными микроскопическими черными дырами с малыми массами. Эти отверстия могут соединяться или расширяться внутрь очень интересным образом

2) Квантовое пространство-время может быть заполнено микроскопическими черными дырами. Более того, у него могут быть червоточины или младенческие инвазии - как маленькие пузырьки, которые отрываются от материнской вселенной.

3) И поскольку это квантовая теория, пространство-время может делать все это одновременно. Он может одновременно создавать младенческую вселенную и не создавать ее.

Ткань пространства-времени может быть вовсе не тканью, а состоит из дискретных компонентов, которые кажутся нам сплошной тканью на больших макроскопических весах.

4) В большинстве подходов к квантовой гравитации пространство-время не является фундаментальным, а состоит из чего-то другого. Это могут быть строки, петли, кубиты или варианты «атомов» пространства-времени, которые появляются в подходах с конденсированным веществом. Отдельные компоненты могут быть демонтированы только с использованием самых высоких энергий, намного превышающих доступные на Земле.

5) В некоторых подходах с конденсированным веществом пространство-время обладает свойствами твердого или жидкого тела, т. Е. Может быть упругим или вязким. Если это так, последствия неизбежны. Физики в настоящее время ищут следы подобных эффектов в блуждающих частицах, то есть в свете или электронах, которые доходят до нас из далекого пространства.

Схематическая анимация непрерывного луча света, рассеянного призмой. В некоторых подходах к квантовой гравитации пространство может действовать как дисперсионная среда для разных длин волн света

6) Пространство-время может влиять на то, как сквозь него проходит свет. Он может быть не полностью прозрачным, или свет разных цветов может двигаться с разной скоростью. Если квантовое пространство-время влияет на распространение света, это также можно наблюдать в будущих экспериментах.

7) Пространственно-временные колебания могут разрушить способность света от отдаленных источников создавать интерференционные картины. Этот эффект был найден и не найден, по крайней мере, в видимом диапазоне.

Свет, проходящий через две толстые щели (сверху), две тонкие щели (в центре) или одну толстую щель (снизу), демонстрирует интерференцию, указывающую ее волновую природу. Но в квантовой гравитации некоторые ожидаемые свойства интерференции могут быть невозможны

8) В областях сильной кривизны время может быть преобразовано в космос. Это может произойти, например, внутри черных дыр или при большом взрыве. В этом случае известное нам пространство-время с тремя пространственными размерами и размерами и одним временным может быть преобразовано в четырехмерное «евклидово» пространство.

Связь двух разных мест в пространстве или времени через червоточину остается лишь теоретической идеей, но она может быть не только интересной, но и неизбежной в квантовой гравитации

Пространство-время может быть нелокально связано с крошечными червоточинами, пронизывая всю вселенную. Такие нелокальные соединения должны существовать во всех подходах, базовая структура которых не является геометрической, как граф или сеть. Это связано с тем, что в таких случаях понятие «близость» не будет фундаментальным, но последовательным и несовершенным, так что удаленные районы могут быть случайно связаны.

10) Возможно, чтобы объединить квантовую теорию с гравитацией, нам нужно обновить не гравитацию, а самую квантовую теорию. Если это так, последствия будут далеко идущими. Поскольку квантовая теория лежит в основе всех электронных устройств, ее пересмотр откроет совершенно новые возможности.

Хотя квантовая гравитация часто рассматривается как чисто теоретическая идея, существует множество возможностей для проведения экспериментальной проверки. Каждый день мы путешествуем по пространству-времени. Его понимание может изменить нашу жизнь.

Вам нужна помощь квалифицированных специалистов.
Мы готовы помочь вам в реализации ваших идей. Вы можете рассчитывать на максимальный результат от вашего бюджета.

Оставить сообщение на странице

Перед тем как нажать кнопку "Добавить комментарий". Докажите что вы не "Робот", а действительно реальный человек! Нажмите на кнопку "Я не робот".