Einsteins generelle relativitetsteori, hvor tyngdekraften er født ud af rumtidens krumning, er bemærkelsesværdig. Det er blevet verificeret med et utroligt niveau af nøjagtighed, i nogle tilfælde op til femten decimaler. En af hendes mest interessante forudsigelser var eksistensen af tyngdebølger: krusninger i rumtiden, der formerer sig frit. For ikke så længe siden blev disse bølger fanget af LIGO- og VIRGO-detektorerne.
Og alligevel er der mange spørgsmål, som vi endnu ikke har svar på. Kvantitet kan hjælpe med at finde dem.
Vi ved, at generel relativitet er ufuldstændig. Det manifesterer sig godt, når rumtids kvanteeffekter er helt usynlige, hvilket næsten altid er tilfældet. Men når rumtids kvanteeffekter bliver store, har vi brug for en bedre teori: en teori om kvantegravitation.
En illustration af det tidlige univers, der består af kvanteskum, når kvantesvingningerne var enorme og manifesterede sig i den mindste skala
Da vi endnu ikke har formuleret en teori om kvantegravitation, ved vi ikke, hvad rum og tid er. Vi har flere egnede teorier for kvantegravitation, men ingen af dem accepteres bredt. Ikke desto mindre kan vi på baggrund af eksisterende tilgange antage, hvad der kan ske med rum og tid i teorien om kvantegravitation. Fysiker Sabine Hossfender har samlet ti overraskende eksempler.
1) I kvantegravitation vil der være vilde udsving i rumtid, selv i fravær af stof. I kvanteverdenen er vakuum aldrig i ro, ligesom rum og tid.
På den mindste kvanteskala kan universet fyldes med små, mikroskopiske sorte huller med lave masser. Disse huller kan forbindes eller udvides indad på en meget interessant måde.
2) Kvantums rumtid kan fyldes med mikroskopiske sorte huller. Desuden kan den indeholde ormehuller eller infantile universer kan fødes - som små bobler, der bryder væk fra moderens univers.
Salgsfremmende video:
3) Og da dette er en kvanteteori, kan rumtiden gøre det hele på samme tid. Det kan samtidig skabe et spædbarnsunivers og ikke skabe det.
Stoffet i rumtid er måske slet ikke et stof, men består af diskrete komponenter, som kun synes for os at være kontinuerlige stoffer på store makroskopiske skalaer.
4) I de fleste tilgange til kvantegravitation er rumtid ikke grundlæggende, men består af noget andet. Disse kan være strenge, sløjfer, qubits eller varianter af "rumatomer" atomer, der vises i kondenseret materiale. Individuelle komponenter kan kun skilles ad ved brug af de højeste energier, meget højere end dem, der er tilgængelige for os på Jorden.
5) I nogle tilgange med kondenseret stof har rumtid egenskaberne af et fast eller flydende legeme, dvs. det kan være elastisk eller tyktflydende. Hvis dette er sandt, er de observerede konsekvenser uundgåelige. Fysikere leder i øjeblikket efter spor af lignende effekter i vandrende partikler, det vil sige i lys eller elektroner, der når os fra det fjerne rum.
Skematisk animation af en kontinuerlig lysstråle spredt af et prisme. I nogle tilgange til kvantegravitation kan rummet fungere som et dispersivt medium for forskellige lysbølgelængder
6) Rumtid kan påvirke, hvordan lys passerer gennem det. Det er muligvis ikke helt gennemsigtigt, eller lys i forskellige farver kan bevæge sig med forskellige hastigheder. Hvis kvante rumtid påvirker udbredelsen af lys, kan dette også observeres i fremtidige eksperimenter.
7) Rumtidsudsving kan ødelægge lysets evne til at fjerne interferensmønstre fra fjerne kilder. Denne effekt blev søgt og aldrig fundet, i det mindste i det synlige område.
Lys, der passerer gennem to tykke spalter (øverst), to tynde spalter (i midten) eller en tyk spalte (nederst) udviser interferens, der indikerer dets bølgeform. Men i kvantegravitation er nogle af de forventede interferensegenskaber muligvis ikke mulige.
8) I områder med stærk krumning kan tiden blive til plads. Dette kan for eksempel ske inde i sorte huller eller i et big bang. I dette tilfælde kan den kendte rumtid med tre rumlige og dimensioner og en tidsmæssig omdanne til et firedimensionelt "euklidisk" rum.
Forbindelse af to forskellige steder i rummet eller tiden gennem et ormehul er kun en teoretisk idé, men det er måske ikke kun interessant, men også uundgåeligt i kvantegravitation
Rumtid kan forbindes ikke-lokalt med små ormehuller, der gennemsyrer hele universet. Sådanne ikke-lokale forbindelser skal eksistere i alle tilgange, hvis underliggende struktur ikke er geometrisk, såsom en graf eller et netværk. Dette skyldes, at begrebet "nærhed" i sådanne tilfælde ikke vil være grundlæggende, men underforstået og ufuldkommen, så fjerntliggende regioner ved et uheld kan forbindes.
10) Måske for at kombinere kvanteteori med tyngdekraft er vi nødt til ikke at opdatere tyngdekraften, men selve kvanteteorien. I så fald vil konsekvenserne være vidtrækkende. Da kvanteteori er kernen i alle elektroniske enheder, vil revision af den åbne helt nye muligheder.
Selvom kvantegravitation ofte ses som en meget teoretisk idé, er der mange muligheder for eksperimentel verifikation. Vi rejser alle sammen gennem tid hver dag. At forstå ham kan ændre vores liv.
Ilya Khel
