Mes turime visas priežastis manyti, kad gravitacija iš esmės yra kvantinė teorija. Bet kaip mes galime tai įrodyti kartą ir visiems laikams? Apie tai pasakoja dr. Sabina Nossenfelder, fizikė teorija, kvantinės gravitacijos ir didelės energijos fizikos ekspertė. Toliau nuo pirmojo asmens.
Jei turite gerą regėjimą, mažiausi matomi daiktai bus maždaug viena dešimtoji milimetro: apie žmogaus plaukų plotį. Pridėkite technologijos, o mažiausia struktūra, kurią mums iki šiol pavyko išmatuoti, buvo apie 10–19 metrų, tai yra protonų, susiduriančių su LHC, bangos ilgis. Nuo primityviausio mikroskopo iki LHC konstravimo prireikė 400 metų - pagerėjimas 15 didumo laipsnių per keturis šimtmečius.
- „Salik.biz“
Manoma, kad kvantinis gravitacijos poveikis taps reikšmingas maždaug 10–35 metrų atstumo skalėmis, žinomomis kaip Plancko ilgis. Tai yra dar 16 laipsnių kelio kelias arba dar vienas koeficientas 1016 susidūrimo energijos atžvilgiu. Tai verčia susimąstyti, ar tai iš viso įmanoma, ar visos pastangos bandyti surasti kvantinę gravitacijos teoriją amžiams liks nenaudojama fikcija.
Aš esu optimistas. Mokslo istorija pilna žmonių, kurie manė, kad daug ko neįmanoma, bet iš tikrųjų paaiškėjo atvirkščiai: matuojant šviesos įlinkį saulės gravitaciniame lauke, mašinose, sunkesnėse už orą, aptikti gravitacines bangas. Todėl nemanau, kad neįmanoma eksperimentuoti išbandyti kvantinę gravitaciją. Tai gali užtrukti dešimtis ar šimtus metų - bet jei mes nuolat judame, galbūt vieną dieną galėsime išmatuoti kvantinės gravitacijos poveikį. Nebūtinai tiesiogiai pasiekdamas kitas 16 didumo laipsnių, bet veikiau netiesiogiai aptikdamas žemesnes energijas.
Bet iš nieko niekas negimsta. Jei negalvosime apie tai, kaip gali pasireikšti kvantinės gravitacijos poveikis ir kur jie gali pasireikšti, mes jų niekada nerasime. Mano optimizmą skatina augantis susidomėjimas kvantinės gravitacijos fenomenologija, ty tyrimų sritimi, skirtu išsiaiškinti, kaip geriausiai ieškoti kvantinės gravitacijos efektų apraiškų.
Kadangi kvantinei gravitacijai nebuvo sugalvota nė viena nuosekli teorija, dabartinės pastangos ieškant stebimų reiškinių yra sutelktos į būdų, kaip patikrinti bendruosius teorijos bruožus, paiešką, ieškant savybių, kurios buvo rastos kai kuriais skirtingais požiūriais į kvantinę gravitaciją. Pvz., Kvantiniai erdvėlaikio svyravimai arba „minimalaus ilgio“buvimas, žymintis pagrindinę skiriamąją gebą. Tokį poveikį būtų galima nustatyti naudojant matematinius modelius, tada būtų galima įvertinti šių galimų padarinių stiprumą ir suprasti, kurie eksperimentai gali duoti geriausius rezultatus.
Kvantinio gravitacijos tikrinimas ilgą laiką buvo laikomas eksperimento neprieinamoje vietoje. Remiantis įverčiais, mums reikia pieno kelio dydžio colliderio, kad galėtume pagreitinti protonus, kad būtų galima išmatuoti išmatuojamą gravitonų kiekį (gravitacinio lauko kvantos), arba gravitonams matuoti mums reikia Jupiterio dydžio detektoriaus. kurie gimsta visur. Neįmanoma, bet tikrai ne tai, ko reikėtų tikėtis artimiausiu metu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tačiau tokie argumentai liečia tik tiesioginį gravitonų aptikimą, ir tai nėra vienintelis kvantinės gravitacijos padarinių pasireiškimas. Yra daugybė kitų pastebimų pasekmių, kurias gali sukelti kvantinė gravitacija, iš kurių kai kurių jau ieškojome, o kai kurių planuojame ieškoti. Kol kas mūsų rezultatai yra grynai neigiami. Bet net neigiami yra vertingi, nes jie mums sako, kokių savybių teorija mums gali neturėti.
Pavyzdžiui, viena išbandoma kvantinės gravitacijos pasekmė gali būti simetrijos sulaužymas, esminis specialiojo ir bendrojo reliatyvumo atžvilgiu, žinomas kaip Lorentzo invariancija. Įdomu tai, kad Lorentz invariancijos pažeidimai nebūtinai yra maži, net jei jie sukurti per mažus atstumus, kad juos būtų galima pastebėti. Kita vertus, simetrijos sulaužymas neįtikėtinai tiksliai per daug dalelių reaguos esant prieinamoms energijoms. Iki šiol nerasta jokių Lorentz invariancijos pažeidimų įrodymų. Tai gali atrodyti nedaug, tačiau žinodami, kad šios simetrijos reikia laikytis kuo tiksliau kvantinės gravitacijos metu, galite tai panaudoti kurdami teoriją.
Kitos išbandomos pasekmės gali būti silpno kvantinio sunkio lauko srityje. Ankstyvojoje Visatoje kvantiniai erdvės laiko svyravimai turėjo sukelti materijos temperatūros svyravimus. Šie temperatūros svyravimai pastebimi šiandien, įspausti į foninę radiaciją (CMB). „Pirminių gravitacinių bangų“įspaudas ant kosminių mikrobangų fono dar nebuvo išmatuotas (LIGO tam nėra pakankamai jautrus), tačiau tikimasi, kad jis bus nuo vieno iki dviejų dabartinio matavimo tikslumo didumo laipsnių. Ieškant šio signalo ieškoma daug eksperimentinių bandymų, įskaitant BICEP, POLARBEAR ir Plancko observatoriją.
Kitas būdas patikrinti silpno kvantinio gravitacijos lauko ribą yra bandyti įvesti kvantinę superpoziciją didelius objektus: objektus, kurie yra daug sunkesni nei elementariosios dalelės. Tai padarys gravitacinį lauką stipresnį ir tikrins jo kvantinį elgesį. Sunkiausi objektai, kuriuos mums iki šiol pavyko surišti į superpoziciją, sveria apie nanogramą, o tai yra keliomis didumo laipsniais mažiau, nei reikia išmatuoti gravitacinį lauką. Tačiau neseniai mokslininkų grupė Vienoje pasiūlė eksperimentinę schemą, kuri leistų mums daug tiksliau nei anksčiau išmatuoti gravitacinį lauką. Lėtai artėjame prie kvantinės gravitacijos diapazono.
(Atminkite, kad šis terminas astrofizikoje skiriasi, kai „stiprioji gravitacija“kartais naudojama kaip kažkas kita, pvz., Dideli nukrypimai nuo Niutono gravitacijos, kuriuos galima rasti šalia juodosios skylės įvykių horizonto.)
Stiprus kvantinės gravitacijos poveikis taip pat gali palikti įspaudą (išskyrus silpno lauko efektus) CMB (relikvinė spinduliuotė), ypač koreliacijų, kurias galima rasti tarp svyravimų, tipo. Yra skirtingi styginių kosmologijos ir kvantinės kilpos kosmologijos modeliai, tiriantys pastebėtas pasekmes, ir siūlomi eksperimentai, tokie kaip EUCLID, PRISM ir tada WFIRST gali rasti pirmuosius įkalčius.
Yra dar viena įdomi idėja, pagrįsta nesenu teoriniu atradimu, pagal kurią materijos gravitacinis griūtis ne visada gali sudaryti juodąją skylę - visa sistema padės išvengti horizonto susidarymo. Jei taip, likęs objektas suteiks mums vaizdą apie regioną su kvantiniais gravitaciniais efektais. Vis dėlto neaišku, kokių signalų turėtume ieškoti norėdami rasti tokį objektą, tačiau tai yra daug žadanti paieškos kryptis.
Idėjų yra labai daug. Didelė modelių klasė nagrinėja galimybę, kad kvantiniai gravitaciniai efektai erdvės metu suteikia terpės savybes. Tai gali lemti šviesos išsklaidymą, dvilypį suskaidymą, vientisumą ar tuštinimąsi erdvėje. Negalite papasakoti apie viską iš karto. Be abejo, dar yra daug ką nuveikti. Įrodymų, kad gravitacija iš tikrųjų yra kvantinė jėga, paieška jau pradėta.
ILYA KHEL