Kategorie:
W ostatnich dziesięcioleciach swojego życia Albert Einstein miał nadzieję na ujednolicenie swojego opisu grawitacji z istniejącymi modelami elektromagnetyzmu w ramach jednej podstawowej teorii. Te poszukiwania wciąż prześladują fizyków teoretycznych. Nasze dwa najlepsze modele rzeczywistości – ogólna teoria względności Einsteina i prawa mechaniki kwantowej – są tak niemieszalne jak olej i woda. Jakkolwiek będzie wyglądała kombinacja tych dwóch modeli, prawie na pewno odsłoni fundamenty wszechświata, zupełnie inne od tego, co możemy sobie wyobrazić.
Niedawno opublikowane odkrycie matematyczne opisuje pojawienie się grawitacji w tak zwanym „holograficznym” modelu wszechświata. Koncept ten został odkryty przez zespół naukowców z Chalmers University of Technology w Szwecji i Massachusetts Institute of Technology w USA. Choć może to zabrzmieć dziwnie, jest to najlepsze miejsce, aby zacząć szukać pełnego zrozumienia tego, jak przestrzeń, czas i materia powstają z głębszych praw.
Eksperci z tej dziedziny nie ukrywają, że kiedy szukamy odpowiedzi na pytania w fizyce, często prowadzimy nas do nowych odkryć w matematyce. Ta interakcja jest szczególnie zauważalna w poszukiwaniu grawitacji kwantowej – gdzie niezwykle trudno jest przeprowadzać eksperymenty. Pomimo ich dyskretnej zdolności do przewidywania zachowania wszystkiego, od skoków elektronów po zderzenia czarnych dziur z niesamowitą dokładnością, fizyka kwantowa i ogólna teoria względności wyłoniły się z dwóch bardzo różnych systemów myślenia.
Wszechświat kwantowy jest blokowy, ale z bliska jest rozmyty, jak piksele, które rozmywają się w mieszankę kolorów, gdy przyciskasz twarz do ekranu. Ogólna teoria względności opiera się na ciągłym kontinuum przestrzeni i czasu, które zakrzywia się z masą z wyraźnym przekonaniem, nawet gdy obserwuje się je w najmniejszych skalach. Istnieją inne metafory, których możemy użyć, aby opisać, jak wszechświat może funkcjonować, każda z własnymi matematycznymi ramami, każda nieco bardziej mglista niż poprzednia. Niektóre z nich polegają na dodawaniu niewidzialnych wymiarów owiniętych oszałamiającymi geometrycznymi kształtami. Zasada holograficzna zastosowana przez naukowców jest przykładem, który polega na odejmowaniu wymiarów.
Wszystkie informacje o tym, jak cząstki zderzają się i przyciągają, są zakodowane na czymś, co bardziej przypomina płaską powierzchnię niż przestrzeń 3D, w której naszym zdaniem żyjemy, a nie to, jak pojawia się wrażenie głębi, gdy patrzysz na płaski holograficzny obraz. Jest dobry powód, by myśleć o fizyce w ten sposób. Kwantowe wersje grawitacji osadzone w czasie przestrzennym 4D szybko stają się niezwykle złożone i niewykonalne. Gdyby nasza czasoprzestrzeń wygięła się wystarczająco daleko, by stworzyć jakiś cylinder, musiałaby mieć „płaską” granicę. Tak się składa, że nieporęczne teorie grawitacji kwantowej miałyby odpowiadające im teorie na tym pograniczu, teorie, z którymi o wiele łatwiej się pracuje fizykom.
Nowe prace skutecznie łączą różne modele, które rządzą cząstkami i ich falami oraz sposobem, w jaki przekształcają się one w pola w środowisku holograficznym, aby uzyskać matematyczny odpowiednik grawitacji działającej jako naturalna konsekwencja tych interakcji. Wyzwaniem jest opisanie, w jaki sposób grawitacja powstaje jako „powstające” zjawisko. Tak jak codzienne zjawiska – takie jak przepływ cieczy – powstają z chaotycznego ruchu poszczególnych kropli. Naukowcy chcą opisać, w jaki sposób grawitacja powstaje w systemie mechaniki kwantowej na poziomie mikroskopowym.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.
Skomentuj