Понедельник , 17 Февраль 2020
Home / Наука и техника / Как и свет, пространство-время может создавать радугу

Как и свет, пространство-время может создавать радугу

Радуга

Когда белый свет проходит через призму, радуга на другом конце демонстрирует богатую палитру цветов. Теоретики физического факультета Варшавского университета показали, что в моделях Вселенной, использующих любую квантовую теорию гравитации, должны быть также своего рода «радуги», состоящие из разных версий пространства-времени. Этот механизм предсказывает, что вместо единого и общего пространства-времени частицы различных энергий должны ощущать слегка измененные его версии.

Мы все, наверное, видели эксперимент: когда белый свет проходит через призму, он распадается с образованием радуги. Это происходит, потому что белый свет является смесью фотонов различных энергий, и чем выше энергия фотона, тем больше он отклоняется призмой. Таким образом, мы можем сказать, что радуга возникает, потому что фотоны различных энергий ощущают одну и ту же призму как имеющую разные свойства. На протяжении многих лет ученые подозревали, что частицы различных энергий в моделях квантовой Вселенной по существу ощущают различные структуры пространства-времени.

Варшавские физики использовали космологическую модель, содержащую всего два компонента: гравитацию и один тип материи. В рамках общей теории относительности гравитационное поле описывается деформациями пространства-времени, тогда как материя представлена скалярным полем (простейшим типом поля, в котором каждой точке пространства присуще лишь одно значение).

«Сегодня существует много конкурирующих теорий квантовой гравитации. Поэтому мы сформулировали нашу модель в самых общих терминах, чтобы ее можно было применить к любой из них. Кто-то может предположить один тип гравитационного поля — который на практике означает пространство-время — предложенное одной квантовой теорией, другой может предположить другое. Изменятся некоторые математические операторы в модели, но не характер явлений, в них происходящих», — говорит аспирант Варшавского университета Андреа Дапор.

«Этот результат просто удивительный. Мы начинаем с нечеткого мира квантовой геометрии, где даже трудно сказать, что такое время, а что такое пространство, но явления, происходящие в нашей космологической модели, кажутся происходящими в обычном пространстве-времени», — говорит другой аспирант Мехди Ассаниусси.

Все стало еще интереснее, когда физики взглянули на возбуждения скалярного поля, которые интерпретировались как частицы. Расчеты показали, что в этой модели частицы, различающиеся с точки зрения энергии, взаимодействуют с квантовым пространством-временем по-другому — как фотоны с разной энергией по-разному взаимодействуют с призмой. Это значит, что даже эффективная структура классического пространства-времени по-разному воспринимается отдельными частицами в зависимости от их энергии.

Появление обычной радуги можно описать в терминах показателя преломления, величина которого зависит от длины волны света. В случае с аналогичной радугой пространства-времени, предложены похожие отношения: бета-функция, мера степени различия восприятия классического пространства-времени разными частицами. Эта функция отражает степень не-классичности квантового пространства-времени: в условиях, близких к классическим, она стремится к нулю, тогда как в истинно квантовых условиях она стремится к единице. Сейчас Вселенная находится в классико-подобном состоянии, так что значение беты близко к нулю, физики оценивают ее как не превышающую 0,01. Такое малое значение бета-функции означает, что радуга пространства-времени в настоящее время очень узкая и не может быть обнаружена экспериментально.

Исследование физиков-теоретиков Варшавского университета, проведенное за счет грантов Национального научного центра Польши, привело к еще одному интересному выводу. Радуга пространства-времени является результатом квантовой гравитации. Физики в целом сходятся во мнении, что эффекты такого плана будут видимы лишь при гигантских энергиях близко к энергии Планка, в миллионы или миллиарды раз превышающих энергию частиц, до которой сейчас разгоняет Большой адронный коллайдер. Однако значение бета-функции зависит от времени, и в моменты, близкие Большому Взрыву, оно могло быть намного выше. Когда бета близится к нулю, пространственно-временная радуга существенно увеличивается. В результате при таких условиях радужный эффект квантовой гравитации можно потенциально наблюдать даже при энергиях частиц, в сотни раз меньших, чем энергия протонов на современном БАКе.

Советуем посмотреть

Новые миссии NASA будут искать следы жизни на Венере

Новые миссии NASA будут нацелены на поиск следов жизни на Венере и некоторых спутниках планет-гигантов …

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.