Самую неприятную проблему Вселенной не удалось решить

17.02.2021 12:16

Самую неприятную проблему Вселенной не удалось решить

Общая теория относительности - это теория гравитации, которая описывает гравитационные взаимодействия в крупномасштабной физической Вселенной. Его можно использовать для предсказаний Вселенной: Общая теория относительности предсказала, например, гравитационные волны и некоторое поведение черных дыр .

Пространство-время в рамках теории относительности следует тому, что мы называем принципом локальности, то есть на объекты непосредственно влияет их непосредственное окружение в пространстве и времени.

В квантовой сфере - на атомном и субатомном уровнях - общая теория относительности не работает, и квантовая механика берет верх. Ничего в квантовой сфере не происходит в определенном месте или в определенное время, пока это не будет измерено, и части квантовой системы, разделенные пространством или временем, все еще могут взаимодействовать друг с другом, явление, известное как нелокальность .

Каким-то образом, несмотря на свои различия, общая теория относительности и квантовая механика существуют и взаимодействуют. Но до сих пор устранение различий между ними оказалось чрезвычайно трудным.

Именно здесь в игру вступает голометр в Фермилабе - проект, возглавляемый астрономом и физиком Крейгом Хоганом из Чикагского университета. Это прибор, предназначенный для обнаружения квантовых флуктуаций пространства-времени в минимально возможных единицах - планковской длине 10-33 сантиметра и планковском времени - времени, которое требуется свету, чтобы пройти планковскую длину.

Он состоит из двух идентичных 40-метровых интерферометров, которые пересекаются в светоделителе. Лазер направляется на разделитель и направляется вниз двумя плечами к двум зеркалам, чтобы отразиться обратно в разделитель луча для рекомбинации. Любые флуктуации в масштабе Планка будут означать, что возвращаемый луч отличается от луча, который был испущен.

Несколько лет назад голометр обнаружил нулевое квантовое дрожание в пространстве-времени. Это предполагает, что само пространство-время в том виде, в каком мы можем его в настоящее время измерить, не квантовано; то есть могут быть разбиты на дискретные, неделимые единицы или кванты.

Поскольку плечи интерферометра были прямыми, он не мог обнаруживать другие виды колебательного движения, например, если бы колебания были вращательными. И это могло иметь большое значение.

"В общей теории относительности вращающаяся материя увлекает за собой пространство-время. В присутствии вращающейся массы местная невращающаяся система, измеряемая гироскопом, вращается относительно далекой Вселенной, измеряемой далекими звездами", - писал Хоган.

"Вполне возможно, что квантовое пространство-время имеет неопределенность планковского масштаба в локальной системе отсчета, которая приведет к случайным вращательным флуктуациям или поворотам, которые мы не обнаружили бы в нашем первом эксперименте, и слишком малы, чтобы их можно было обнаружить в нормальных условиях".

Итак, команда переработала инструмент. Они добавили дополнительные зеркала, чтобы они могли обнаруживать любое вращательное квантовое движение. Результатом стал невероятно чувствительный гироскоп, который может обнаруживать вращательные повороты в масштабе Планка, которые меняют направление миллион раз в секунду.

За пять сеансов наблюдений с апреля 2017 года по август 2019 года команда собрала 1098 часов данных временных рядов с двойным интерферометром. За все это время не было ни единого покачивания. Насколько нам известно, пространство-время по-прежнему является континуумом.

Но это не значит, что голометр, как полагают некоторые ученые, - пустая трата времени. Нет другого подобного инструмента в мире. Результаты, которые он возвращает - нулевые или нет - будут определять будущие усилия по исследованию пересечения теории относительности и квантовой механики на планковских масштабах.

"Возможно, мы никогда не поймем, как работает квантовое пространство-время, без каких-либо измерений для руководства теорией", - сказал Хоган. "Программа голометр является исследовательской. Наш эксперимент начался только с грубых теорий, которыми руководствовался в его разработке, и у нас до сих пор нет уникального способа интерпретировать наши нулевые результаты, поскольку нет строгой теории того, что мы ищем".

"Неужели дрожь немного меньше, чем мы думали, или у них есть симметрия, которая создает в космосе образец, который мы не измеряли?"

Напомним, ранее сообщалось, что квантовую запутанность объяснили чашкой кофе.

Источник

Редакция: | Карта сайта: XML | HTML | SM
2013-2021 © "МехКорпс — роботы и киборги". Все права защищены.