Nové meranie kvantového časopriestoru nezistilo, že sa nič nedeje

Holometrový laserový interferometer. (Fermilab)

V najmenších meraných jednotkách priestoru a času vo vesmíre sa toho veľa nedeje. Pri novom hľadaní kvantových fluktuácií časopriestoru na Planckových mierkach fyzici zistili, že všetko je hladké.

To znamená, že – aspoň zatiaľ – stále nevieme nájsť spôsob, ako to vyriešiť všeobecná relativita s kvantovou mechanikou.

Je to jeden z najnepríjemnejších problémov v našom chápaní vesmíru.



Všeobecná relativita je teória gravitácie, ktorá popisuje gravitačné interakcie vo veľkom fyzickom vesmíre. Môže sa použiť na predpovede o vesmíre; predpovedaná všeobecná relativitagravitačné vlny, napríklad a niektorésprávanie čiernych dier.

Časopriestor v relativite nasleduje to, čo nazývame princíp lokality - to znamená, že objekty sú priamo ovplyvnené iba ich bezprostredným okolím v priestore a čase.

V kvantovej sfére – atómových a subatomárnych mierkach – sa všeobecná relativita rozpadá a nastupuje kvantová mechanika. Nič v kvantovej sfére sa nedeje na konkrétnom mieste alebo v určitom čase, kým sa to nezmeria, a časti kvantového systému oddelené priestorom alebo časom môžu stále vzájomne interagovať, jav známy ako nelokality .

Všeobecná relativita a kvantová mechanika, napriek ich rozdielom, nejako existujú a vzájomne sa ovplyvňujú. Ale zatiaľ, riešenierozdiely medzi nimisa ukázalo ako mimoriadne ťažké.

Tu vstupuje do hry Holometer vo Fermilabe – projekt, ktorý vedie astronóm a fyzik Craig Hogan z University of Chicago. Toto je prístroj navrhnutý na detekciu kvantových fluktuácií časopriestoru na najmenších možných jednotkách - Planckova dĺžka, 10-33centimetre a Planckov čas, ako dlho trvá svetlo prejsť Planckovu dĺžku.

Pozostáva z dvoch identických 40 metrových (131 stôp) interferometrov, ktoré sa pretínajú v rozdeľovači lúčov. Laser je vypálený na rozdeľovač a odoslaný dolu dvoma ramenami do dvoch zrkadiel, ktoré sa odrazia späť na rozdeľovač lúčov, aby sa znovu spojili. Akékoľvek kolísanie Planckovej stupnice bude znamenať, že lúč, ktorý sa vracia, sa líši od lúča, ktorý bol vyžarovaný.

Pred niekoľkými rokmi Holometer urobil nulovú detekciu kvantového jitteru tam a späť v časopriestore. To naznačuje, že samotný časopriestor, ako ho môžeme v súčasnosti merať, nie je kvantovaný; to znamená, že by sa mohli rozdeliť na diskrétne, nedeliteľné jednotky alebo kvantá.

Pretože ramená interferometra boli rovné, nedokázal detekovať iné druhy kolísavého pohybu, ako keby boli fluktuácie rotačné. A na tom môže veľmi záležať.

„Vo všeobecnej teórii relativity rotujúca hmota ťahá so sebou aj časopriestor. V prítomnosti rotujúcej hmoty sa lokálny nerotujúci rám, meraný gyroskopom, otáča vzhľadom na vzdialený vesmír, meraný vzdialenými hviezdami. Hogan napísal na webe Fermilab .

Je možné, že kvantový časopriestor má neistotu miestneho rámca v Planckovej mierke, čo by viedlo k náhodným rotačným fluktuáciám alebo krúteniam, ktoré by sme nezistili v našom prvom experimente, a sú príliš malé na to, aby ich bolo možné zistiť v akomkoľvek normálnom režime. gyroskop.“

Tím teda prepracoval dizajn nástroja. Pridali ďalšie zrkadlá, aby boli schopní detekovať akýkoľvek rotačný kvantový pohyb. Výsledkom bol neuveriteľne citlivý gyroskop, ktorý dokáže rozpoznať rotačné zákruty na Planckovej stupnici, ktoré menia smer miliónkrát za sekundu.

V piatich pozorovaniach medzi aprílom 2017 a augustom 2019 tím zhromaždil 1 098 hodín údajov z časových radov duálneho interferometra. Za celý ten čas nedošlo k jedinému šklbaniu. Pokiaľ vieme, časopriestor je stále a kontinuum .

Ale to neznamená Holometer, ako to bolo doteraz navrhol podľa niektorých vedcov je to strata času. Na svete neexistuje žiadny podobný nástroj. Výsledky, ktoré vráti - nulové alebo nie - budú formovať budúce úsilie o skúmanie priesečníka relativity a kvantovej mechaniky na Planckových mierkach.

„Možno nikdy nepochopíme, ako funguje kvantový časopriestor bez nejakého merania, ktoré by viedlo teóriu,“ povedal Hogan . „Program Holometer je prieskumný. Náš experiment začal len s hrubými teóriami, ktoré by usmerňovali jeho dizajn, a stále nemáme jedinečný spôsob, ako interpretovať naše nulové výsledky, pretože neexistuje žiadna rigorózna teória toho, čo hľadáme.

„Sú nervozity o niečo menšie, ako sme si mysleli, alebo majú symetriu, ktorá vytvára vzor v priestore, ktorý sme nezmerali? Nová technológia umožní budúce experimenty lepšie ako tie naše a možno nám poskytne nejaké vodítka k tomu, ako priestor a čas vznikajú z hlbšieho kvantového systému.“

Výskum bol zverejnený na arXiv .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.