Når hvidt lys passerer gennem et prisme, viser regnbuen i den anden ende en rig farvepalet. Teoretikerne fra det fysiske fakultet ved universitetet i Warszawa har vist, at der i modeller af universet, der bruger en hvilken som helst kvanteteori om tyngdekraften, også skal være en slags "regnbue", der består af forskellige versioner af rumtid. Denne mekanisme forudsiger, at i stedet for en enkelt og fælles rumtid, skal partikler med forskellige energier opleve lidt ændrede versioner af den.
Vi har alle sandsynligvis set eksperimentet: når hvidt lys passerer gennem et prisme, henfalder det til at danne en regnbue. Dette skyldes, at hvidt lys er en blanding af fotoner med forskellige energier, og jo højere fotonenergi er, desto mere afbøjes det af prisme. Således kan vi sige, at en regnbue opstår, fordi fotoner med forskellige energier opfatter det samme prisme som at have forskellige egenskaber. I mange år har forskere mistanke om, at partikler med forskellige energier i modeller af kvanteuniverset i det væsentlige fornemmer forskellige strukturer i rumtiden.
Fysikere i Warszawa brugte en kosmologisk model, der kun indeholdt to komponenter: tyngdekraften og en type stof. Inden for rammerne af generel relativitet beskrives tyngdefeltet ved deformationer af rumtid, mens materie er repræsenteret af et skalarfelt (den enkleste type felt, hvor kun en værdi er iboende i hvert punkt i rummet).
”Der er mange konkurrerende teorier om kvantegravitation i dag. Derfor formulerede vi vores model i de mest generelle termer, så den kan anvendes på nogen af dem. Nogle antyder måske en type tyngdefelt - hvilket i praksis betyder rumtid - foreslået af en kvanteteori, en anden kan foreslå en anden. Nogle matematiske operatorer i modellen vil ændre sig, men ikke karakteren af de fænomener, der forekommer i dem,”siger Andrea Dapor, en kandidatstuderende ved universitetet i Warszawa.
”Dette resultat er fantastisk. Vi starter med den fuzzy verden af kvantegeometri, hvor det endda er svært at sige, hvad der er tid og hvad der er rum, men de fænomener, der forekommer i vores kosmologiske model, synes at forekomme i almindelig rumtid,”siger en anden kandidatstuderende Mehdi Assaniussi.
Ting blev endnu mere interessante, når fysikere så på skalære felt excitationer, der blev fortolket som partikler. Beregninger har vist, at i denne model interagerer partikler, der adskiller sig med hensyn til energi, med kvante rumtid på en anden måde - ligesom fotoner med forskellige energier interagerer forskelligt med et prisme. Dette betyder, at selv den effektive struktur i klassisk rumtid opfattes forskelligt af individuelle partikler afhængigt af deres energi.
Udseendet af en almindelig regnbue kan beskrives i form af brydningsindeks, hvis størrelse afhænger af lysets bølgelængde. I tilfælde af en lignende regnbue af rumtid foreslås et lignende forhold: beta-funktionen, et mål for graden af forskel i opfattelsen af klassisk rumtid ved forskellige partikler. Denne funktion afspejler graden af ikke-klassicitet af kvante rumtid: i forhold tæt på klassisk har den tendens til nul, mens den i virkelige kvanteforhold har tendens til enhed. Nu er universet i en klassisk-lignende tilstand, så beta-værdien er tæt på nul, fysikere estimerer den til ikke at overstige 0,01. En sådan lille værdi af beta-funktionen betyder, at regnbuen i rumtiden i øjeblikket er meget smal og ikke kan detekteres eksperimentelt.
En undersøgelse foretaget af teoretiske fysikere ved universitetet i Warszawa, finansieret af tilskud fra Polens National Science Center, førte til en anden interessant konklusion. Rumbuen i rumtiden er resultatet af kvantegravitation. Fysikere er generelt enige om, at virkningerne af en sådan plan kun vil være synlige ved gigantiske energier tæt på Planck-energien, millioner eller milliarder gange højere end den partikelenergi, som Large Hadron Collider nu accelererer til. Værdien af beta-funktionen afhænger dog af tid, og i øjeblikke tæt på Big Bang kan den være meget højere. Efterhånden som beta nærmer sig nul, øges tidsrumsbuen betydeligt. Som et resultat under sådanne forhold kan regnbueeffekten af kvantegravitation potentielt observeres selv ved partikelenergier, der er hundreder af gange lavere,end energien fra protoner ved den moderne LHC.
Salgsfremmende video: