Fizycy twierdzą, że poza naszą rzeczywistością może istnieć inna rzeczywistość
Image
Zakrzywiony i rozciągnięty arkusz grafenu leżący na innym zakrzywionym arkuszu tworzy nowy wzór, który wpływa na przepływ energii elektrycznej przez arkusze. Nowy model sugeruje, że podobna fizyka mogłaby powstać, gdyby dwa sąsiednie wszechświaty były w stanie oddziaływać na siebie.
Fizycy czasami wymyślają szalone historie, które brzmią jak science fiction. Niektóre z nich okazują się prawdziwe, jak choćby fakt, że opisana przez Einsteina krzywizna przestrzeni i czasu została ostatecznie potwierdzona pomiarami astronomicznymi. Inne pozostają jedynie możliwością lub ciekawostką matematyczną.
W nowym artykule w czasopiśmie Physical Review Research, naukowcy z JQI (Instytut Kwantowy Uniwersytety w Maryland), Victor Galicki i Alireza Parkhiskar, zbadali fantastyczną możliwość, że nasza rzeczywistość jest tylko połową pary oddziałujących na siebie światów. Ich model matematyczny może zapewnić nowy wgląd w podstawowe cechy rzeczywistości – w tym dlaczego nasz wszechświat rozszerza się w taki sposób, w jaki się rozszerza i jak odnosi się to do najmniejszych długości dozwolonych przez mechanikę kwantową.
Tematy te mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia naszego wszechświata i stanowią część jednej z największych tajemnic współczesnej fizyki.
Dwóch naukowców natknęło się na ten nowy wygląd, badając arkusze grafenu – pojedyncze atomowe warstwy węgla w powtarzającym się sześciokątnym wzorze. Zdali sobie sprawę, że eksperymenty badające właściwości elektryczne ułożonych w stos arkuszy grafenu dały wyniki przypominające małe wszechświaty i że leżące u ich podstaw zjawisko może rozciągać się na inne dziedziny fizyki. W stosach grafenu nowe właściwości elektryczne powstają w wyniku interakcji między poszczególnymi arkuszami, więc być może wyjątkowa fizyka mogłaby podobnie wyłonić się z oddziałujących warstw gdzie indziej - być może w teoriach kosmologicznych dotyczących całego wszechświata.
Wyjątkowe właściwości elektryczne grafenu i możliwe połączenie, które nasza rzeczywistość ma "bliźniaka", wynikają ze specjalnej fizyki tworzonej przez wzory zwane wzorami mory. Wzory mory powstają, gdy dwa powtarzające się wzory - od sześciokątów atomów w arkuszach grafenu po siatki ekranów okiennych - nakładają się na siebie, a jedna z warstw skręca się, przesuwa lub rozciąga.
Wzory, które powstają w tym przypadku, można powtarzać na ogromnych długościach w porównaniu do podstawowych wzorów. W stosach grafenu nowe wzory zmieniają fizykę zachodzącą w arkuszach, w szczególności zachowanie elektronów. W szczególnym przypadku zwanym „grafenem o magicznym kącie” wzór mory powtarza się na długości około 52 razy większej niż wzór pojedynczych arkuszy, a poziom energii, który reguluje zachowanie elektronów, spada, umożliwiając nowe właściwości, w tym nadprzewodnictwo , manifestować.
Galicki i Parkhiskar zdali sobie sprawę, że fizykę dwóch arkuszy grafenu można przemyśleć jako fizykę dwóch dwuwymiarowych wszechświatów, w których elektrony okresowo przeskakują z jednego wszechświata do drugiego. To zainspirowało ich do uogólnienia matematyki w celu zastosowania do wszechświatów złożonych z dowolnej liczby wymiarów, w tym naszych własnych czterech wymiarów, oraz do zbadania, czy podobne zjawiska wynikające z wzorów mory mogą pojawić się w innych obszarach fizyki. To zapoczątkowało badania, które postawiły ich twarzą w twarz z jednym z podstawowych problemów kosmologii.
Skala długości – lub ogólnie skala wielkości fizycznych – opisuje, jaki poziom precyzji jest odpowiedni dla tego, na co patrzysz. Jeśli przybliżysz rozmiar atomu, liczy się dziesięć miliardowych części metra, ale ta skala jest bezużyteczna, jeśli mierzysz boisko do piłki nożnej, ponieważ jest ono w innej skali. Teorie fizyczne nakładają fundamentalne ograniczenia na niektóre najmniejsze i największe skale, które mają sens w naszych równaniach.
Skala wszechświata, o którą martwili się Galitsky i Parkhizkar, nazywa się długością Plancka (niedostępne ogniwo - ogniwo) i określa najmniejszą długość zgodną z fizyką kwantową. Długość Plancka jest bezpośrednio związana ze stałą zwaną stałą kosmologiczną(link niedostępny), która jest zawarta w równaniach pola Einsteina w ogólnej teorii względności(link niedostępny). W tych równaniach stała wpływa na to, czy wszechświat będzie się rozszerzał, czy kurczył poza wpływem grawitacji.
Ta stała ma fundamentalne znaczenie dla naszego Wszechświata. Aby więc określić jej wartość, naukowcy teoretycznie muszą po prostu spojrzeć na wszechświat, zmierzyć kilka szczegółów, takich jak prędkość, z jaką galaktyki oddalają się od siebie, podłączyć wszystko do równań i dowiedzieć się, jaka stała powinna być.
Ten prosty plan wpada w kłopoty, ponieważ nasz wszechświat zawiera zarówno efekty relatywistyczne, jak i kwantowe. Wpływ fluktuacji kwantowych w ogromnej próżni kosmicznej powinien wpływać na zachowanie nawet w skalach kosmologicznych. Ale kiedy naukowcy próbują połączyć relatywistyczne rozumienie wszechświata przez Einsteina z teoriami o próżni kwantowej, napotykają problemy.
Jednym z tych problemów jest to, że ilekroć badacze próbują wykorzystać obserwacje do przybliżenia stałej kosmologicznej, obliczona przez nich wartość jest znacznie mniejsza niż oczekiwałyby inne części teorii. Co więcej, wartość zmienia się drastycznie w zależności od tego, ile szczegółów zawierają w przybliżeniu, zamiast osiągać stałą wartość. Ten przedłużający się problem jest znany jako problem stałej kosmologicznej lub czasami „katastrofą próżni”.
Ponieważ wzory mory mogą powodować drastyczne różnice w skali, efekt mory wydawał się naturalną soczewką do spojrzenia na problem. Galicki i Parkhiskar stworzyli model matematyczny (który nazwali grawitacją mory), biorąc dwie kopie teorii Einsteina dotyczącej zmian wszechświata w czasie i wprowadzając dodatkowe warunki do matematyki, które pozwalają dwóm kopiom na interakcję. Zamiast patrzeć na skale energii i długości w grafenie, przyjrzeli się stałym kosmologicznym i długościom we wszechświatach.
Galicki mówi, że pomysł zrodził się spontanicznie, gdy pracowali nad pozornie niepowiązanym projektem finansowanym przez Fundację Johna Templetona, którego celem jest badanie przepływów hydrodynamicznych w grafenie i innych materiałach w celu modelowania zjawisk astrofizycznych.
Bawiąc się swoim modelem, pokazali, że dwa światy oddziałujące na siebie z dużymi stałymi kosmologicznymi mogą zniwelować oczekiwane zachowanie poszczególnych stałych kosmologicznych. Interakcja skutkuje zachowaniem napędzanym przez wspólną efektywną stałą kosmologiczną, która jest znacznie mniejsza niż indywidualne stałe. Obliczenie efektywnej stałej kosmologicznej omija problem, przed którym stoją badacze, gdy ich przybliżenia się zmieniają, ponieważ z biegiem czasu wpływy dwóch wszechświatów w modelu znoszą się nawzajem.
- Dodaj komentarz
- 1925 odsłon