Пространство, возможно, недискретно

<< К списку новостей  |  Показать новости:   2011, Январь 2011, Февраль 2011, Март 2011, Апрель 2011, Май 2011, Июнь 2011, Июль 2011, Август 2011, Сентябрь 2011, Октябрь 2011, Ноябрь 2011, Декабрь 2012, Январь 2012, Февраль 2012, Март 2012, Апрель 2012, Май 2012, Июнь 2012, Июль 2012, Август 2012, Сентябрь 2012, Октябрь 2012, Ноябрь 2012, Декабрь 2013, Январь 2013, Февраль 2013, Март 2013, Апрель 2013, Май 2013, Июнь 2013, Июль 2013, Август 2013, Сентябрь 2013, Октябрь 2013, Ноябрь 2013, Декабрь 2017, Ноябрь 2018, Май 2018, Июнь 2019, Апрель 2019, Май 2020, Апрель 2020, Август 2021, Март 2021, Май

Опубликовано: 3 Сентября 2012

Увязать квантовую гравитацию с общей теорией относительности можно двумя способами — с помощью теории струн (в последнее время нещадно критикуемой) или гипотезы петлевой квантовой гравитации.

Вторая теория утверждает, что пространство и время (или даже пространство-время) состоят из дискретных частей — маленьких квантовых ячеек, определённым способом соединённых между собой. На малых масштабах времени и размерности они создают пёструю, дискретную (квантовую по свойствам) структуру пространства, а на больших — плавно переходят в непрерывное (хотя и состоящее из дискретных элементов) и гладкое пространство-время.

Хотя многие космологические модели могут описать поведение Вселенной только после Большого взрыва (планковское время), петлевая квантовая гравитация распространяет своё влияние в том числе на момент самого взрыва, а теоретически и на некие процессы, происходившие «до».

Если теория петлевой квантовой гравитации верна, то длина дискретных частей пространства равна планковской длине — менее триллионной части диаметра атома водорода. Вот только как её проверить? Ведь измерение положения физических объектов с точностью до планковской длины проблематично. Если мы хотим определить положение объекта и пошлём на него поток фотонов, то чем больше энергия фотонов, тем короче длина их волны и тем меньшую длину можно измерить при их помощи. Если же фотон будет иметь энергию, достаточную для измерения объектов размером с планковскую длину, он сколлапсирует в микроскопическую чёрную дыру. 

Гамма-вспышка, произошедшая в 7 млрд световых лет, стала главным аргументом против идеи о дискретности пространства-времени. (Иллюстрация NASA / Zhang & Woosley.)

Так считалось долгое время. Поэтому никто не пытался даже проверить теорию о дискретности пространства-времени. Теперь, однако, физик Роберт Немирофф из Мичиганского технологического университета (США) заявил, что такой способ есть. Просто для него нужно использовать фотоны предельно высоких энергий и огромное расстояние рассеивания — в миллиарды световых лет. Очевидно, на Земле такую экспериментальную установку не создать. Поэтому учёный обратился к результатам наблюдений космического гамма-телескопа «Ферми». В 2009 году с его помощью были зарегистрированы серии гамма-фотонов энергией более 1 ГэВ от источников GRB 080916C, GRB 090510A, GRB 090902B, и GRB 090926A.

Напомним: чем больше энергия фотона, тем меньше длина его волны и с тем меньшими объектами он взаимодействует. Хотя его размеры всё ещё намного больше планковской длины, при пропускании через огромное количество таких дискретных участков пространства-времени рассеивание отдельных фотонов одной гамма-вспышки будет неизбежно.

Прибытие последовательно регистрируемых гамма-фотонов от столь удалённых источников почти совпадало по времени, что исключает возможность их рассеивания. (Иллюстрация R. Nemiroff.)

Если рассеивание гамма-фотонов налицо, то их пучок от одной вспышки должен приходить с большими промежутками между одиночными фотонами. Однако анализ г-на Немироффа этого не показал: они прибывали от вспышки, находящейся на удалении в 7 млрд световых лет, с разрывами всего в одну миллисекунду, и делали это систематически. Иными словами, нет рассеивания — нет и дискретности?

Именно этот вывод сделал Роберт Немирофф. То есть, конечно, в препринте он высказался осторожнее, но в интервью так прямо и заявил: «Мы показали, что Вселенная ”гладкая” [непрерывная, недискретная] в пределе планковской массы… Это означает, что нет никакой зыби [дискретности], которую можно обнаружить».

Если быть совсем точным, то в действительности показано лишь то, что пространство-время гладкое (недискретное) для планковской массы и слегка выше. Этого не вполне достаточно для опровержения теории квантовой петлевой гравитации, но о существенном ослаблении её позиций говорить в данном случае, бесспорно, можно.

Соответствующая статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Источник:"Компьютерра–Онлайн"