Vai mūsu pamata realitāte ir nepārtraukta vai arī tā ir sadalīta sīkās, diskrētās daļās?
Jautājāt citu ceļu: vai telpas laiks ir vienmērīgs vai nestabils? Jautājums pievērš galveno uzmanību fizikas fundamentālākajām teorijām, sasaistot to, kā telpa un laiks krustojas ar mūsu ikdienas eksistences materiālu.
Tomēr eksperimentāli pārbaudīt telpas un laika raksturu nav bijis iespējams, jo pastāv ārkārtējas enerģijas, kas vajadzīgas, lai zondētu tik niecīgus mērogus Visumā.. Tas ir - līdz šim. Astronomu komanda ir ierosinājusi jaunu, vērienīgu plānu, lai izmantotu sīku kosmosa kuģu floti, lai atklātu smalkas gaismas ātruma izmaiņas, kas ir iezīme dažām kosmosa prātā liekākajām teorijām. Ja telpa un laiks patiešām tiek sadalīti mazos gabalos, pētījumi varētu bruģēt ceļu uz pilnīgi jaunu izpratni par realitāti.
Chunky vs gludi
Jautājums "kas ir telpa un laiks?" iet tūkstošiem gadu atpakaļ, un mūsu mūsdienu izpratne balstās uz diviem savādi nesavienojamiem pīlāriem: kvantu mehānikā un Einšteina vispārējās relativitātes teorijā.
Kopumā relativitāte, telpa un laiks tiek apvienoti vienotā audumā telpas laiks, četrdimensionālā stadija, kas ir mūsu Visuma pamatā. Šis telpas laiks ir nepārtraukts, kas nozīmē, ka nekur nav spraugu; tā visa ir gluda tekstūra. Kosmosa laiks tomēr nav tikai platforma, kurā mēs varam rīkoties savās daļās; tas ir arī spēlētājs: telpas laika liekšanās un deformācija dod mums mūsu gravitācijas pieredzi.
Pretējā stūrī noteikumu kopums, ko sauc par kvantu mehāniku, regulē ļoti niecīgo lietu mijiedarbību Visumā. Kvantu mehānika balstās uz domu, ka ne liela daļa no mūsu ikdienas pieredzes ir vienmērīga un nepārtraukta, bet gan chunky. Citiem vārdiem sakot, tas ir kvantēts. Enerģija, impulss, griešanās un tik daudz citu matērijas īpašību ir tikai atsevišķās mazās paciņās.
Turklāt kvantu mehānika pati sevi sadala divās nometnēs. No vienas puses, mums ir pazīstamas mūsu ikdienas eksistences daļiņas, piemēram, elektroni un protoni, kas mijiedarbojas un veic citas interesantas lietas. Tās acīmredzami ir ļoti smagas, jo tās ir diskrētas "lietas". No otras puses, mums ir kvantu lauki. Subatomiskajā pasaulē katram daļiņu veidam ir savs lauks, kas izplatās visā telpas laikā; domājot par daļiņām, mēs domājam par nelielām vibrācijām to laukos, kas savukārt mijiedarbojas ar citām daļiņām, un veic dažas citas interesantas lietas. Lauki ir saprotami ļoti gludi.
Laika un telpas biti
Tātad, mums ir daži gludi mūsu un Visuma attēli. Runājot par pašu telpas laiku, mēs varam viegli iedomāties, ka kvantu mehānikas jēdzieni tiek paplašināti līdz to loģiskajam secinājumam, un var secināt, ka telpa un laiks ir diskrēti: Pats realitātes audums ir sadalīts kā pikseļi datora ekrānā. , un tas, ko mēs izjūtam kā vienmērīgu, nepārtrauktu kustību, ir nekas cits kā diskrētu pikseļu režģis vismazākajos mērogos.
Daudzas teorijas par kvantu mehānikas un vispārējās relativitātes apvienošanu, piemēram, virkņu teorija un cilpas kvantu gravitācija, paredz kāda veida diskrēto telpas laiku (lai gan šīs riecības precīzās prognozes, interpretācijas un sekas joprojām ir slikti izprotamas). Ja mēs varētu atrast pierādījumus par diskrētu telpas laiku, tas ne tikai pilnībā pārrakstītu mūsu izpratni par realitāti, bet arī pavērtu durvis fizikas revolūcijai.
Šī atšķirtība var izpausties tikai vissmalkākajos veidos; pretējā gadījumā mēs to jau būtu pamanījuši. Dažādas teorijas ir paredzējušas, ka, ja telpas laiks tiešām ir chunky, tad gaismas ātrums var nebūt pilnīgi nemainīgs - tas var mainīties tik nedaudz atkarībā no šīs gaismas enerģijas. Augstākas enerģijas gaismai ir īsāks viļņa garums, un, kad viļņa garums kļūst pietiekami mazs, tas var "redzēt" kosmosa laika riecumu. Iedomājieties, ka staigājat pa ietvi: ar lielām kājām nepamanīsit nekādas sīkas plaisas vai izciļņus, bet, ja jums būtu mikroskopiskas pēdas, jūs palaistu pāri katrai mazai nepilnībai, palēninot jūs. Bet šī maiņa ir neticami niecīga; ja telpas laiks ir diskrēts, tas ir mērogā, kas ir vairāk nekā miljards reižu mazāks par to, ko mēs šobrīd varam pārbaudīt mūsu visspēcīgākajos eksperimentos.
Grāla meklēšana
Ievadiet GrailQuest: Starptautiskā gamma staru astronomijas laboratorija kosmosa laika kvantu izpētei. Astronomu komanda iesniedza priekšlikumu šai misijai, reaģējot uz Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) aicinājumu pēc jaunām idejām par telpas un laika medībām. Viņu priekšlikums ir detalizēti aprakstīts arXiv datu bāzē, kas nozīmē, ka to vēl nav pārskatījuši vienaudži šajā jomā.
Šeit ir liekšķere: Lai redzētu, vai gaismas ātrums mainās ar dažādām enerģijām, mums ir jāsavāc milzīgs daudzums visaugstākās enerģijas gaismas Visumā, un GrailQuest cer to darīt.
GrailQuest sastāv no mazu, vienkāršu kosmosa kuģu flotes (precīzs skaits mainās - no dažiem desmitiem, ja satelīti ir lielāki, līdz pat vairāk nekā dažiem tūkstošiem, ja tie ir mazāki), lai pastāvīgi novērotu debesis gamma staru pārrāvumu dēļ. Šie ir daži no visspēcīgākajiem sprādzieniem Visumā. Tāpat kā viņu nosaukums liek domāt, šie pārrāvumi izdala lielu daudzumu augstas enerģijas fotonu, gamma staru. Šie gamma stari ceļo miljardu gadu laikā pirms nonākšanas kosmosa kuģa flotē, kas reģistrē gamma staru enerģiju un laika atšķirības, kad pārsprāgums skalo pār floti.
Ar pietiekamu precizitāti GrailQuest varētu atklāt, vai telpas laiks ir diskrēts. Vismaz tam ir pareiza iestatīšana: tiek pārbaudīta gaismas enerģija ar visaugstāko enerģiju (to visvairāk ietekmē teorijas, kas paredz, ka telpas laiks ir chunky); gamma stari ir ceļojuši miljardiem gaismas gadu (ļaujot laika gaitā efektam uzkrāties); un kosmosa kuģis ir pietiekami vienkāršs, lai to ražotu en masse (tātad visa flote var redzēt pēc iespējas vairāk notikumu visā debesīs).
Kā mainītos mūsu priekšstati par realitāti, ja GrailQuest rastu pierādījumus par telpas-laika diskrētumu? Nevar pateikt - mūsu pašreizējās teorijas ir saistītas ar visu karti, kad runa ir par sekām. Bet neatkarīgi no tā, mums būs jāgaida. Šī EKA priekšlikumu kārta ir paredzēta palaišanai dažreiz no 2035. līdz 2050. gadam. Kamēr mēs gaidām, mēs varam diskutēt, vai laika posms starp šad un tad ir principā vienmērīgs vai chunky.
- 12 visdīvainākie objekti Visumā
- No lielā sprādziena līdz mūsdienām: mūsu Visuma momentuzņēmumi cauri laikam
- Lielie skaitļi, kas nosaka Visumu
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, Jautājiet kosmosa darbiniekam un Kosmosa radio, un autors Tava vieta Visumā.
