Teoria generală a relativității a lui Einstein, în care gravitația se naște din curbura spațiu-timp, este remarcabilă. A fost verificat cu un nivel incredibil de precizie, în unele cazuri până la cincisprezece zecimale. Una dintre cele mai interesante predicții a fost existența undelor gravitaționale: valuri în spațiu-timp care se propagă liber. Nu cu mult timp în urmă, aceste valuri au fost surprinse de detectoarele LIGO și VIRGO.
Și totuși, există multe întrebări pentru care nu avem încă răspunsuri. Gravitația cuantică ar putea ajuta la găsirea lor.
Știm că relativitatea generală este incompletă. Se manifestă bine atunci când efectele cuantice ale spațiului-timp sunt complet invizibile, ceea ce este aproape întotdeauna cazul. Dar când efectele cuantice ale spațiu-timp devin mari, avem nevoie de o teorie mai bună: o teorie a gravitației cuantice.
O ilustrare a universului timpuriu, constând din spumă cuantică, când fluctuațiile cuantice erau uriașe și se manifestau la cea mai mică scară
Deoarece nu am compilat încă o teorie a gravitației cuantice, nu știm ce sunt spațiul și timpul. Avem mai multe teorii adecvate pentru gravitația cuantică, dar niciuna dintre ele nu este acceptată pe scară largă. Cu toate acestea, pe baza abordărilor existente, putem presupune ce se poate întâmpla cu spațiul și timpul în teoria gravitației cuantice. Fizicianul Sabine Hossfender a adunat zece exemple uimitoare.
1) În gravitația cuantică, vor exista fluctuații sălbatice în spațiu-timp chiar și în absența materiei. În lumea cuantică, vidul nu se odihnește niciodată, la fel și spațiul și timpul.
La cea mai mică scară cuantică, universul poate fi umplut cu mici găuri negre microscopice cu mase mici. Aceste găuri se pot conecta sau extinde spre interior într-un mod foarte interesant.
2) Spațiul-timp cuantic poate fi umplut cu găuri negre microscopice. Mai mult, poate conține găuri de vierme sau se pot naște universuri infantile - ca niște bule mici care se desprind de universul mamei.
Video promotional:
3) Și întrucât aceasta este o teorie cuantică, spațiul-timp poate face totul în același timp. Poate crea simultan un univers infantil și nu îl poate crea.
Este posibil ca țesătura spațiu-timp să nu fie deloc o țesătură, ci constă din componente discrete, care ni se par doar a fi țesături continue pe scări macroscopice mari.
4) În cele mai multe abordări ale gravitației cuantice, spațiul-timp nu este fundamental, ci constă din altceva. Acestea pot fi șiruri, bucle, qubits sau variante de „atomi” spațio-temporali care apar în abordările materiei condensate. Componentele individuale pot fi dezasamblate numai cu utilizarea celor mai mari energii, mult mai mari decât cele disponibile pentru noi pe Pământ.
5) În unele abordări cu materie condensată, spațiul-timp are proprietățile unui corp solid sau lichid, adică poate fi elastic sau vâscos. Dacă acest lucru este adevărat, consecințele observate sunt inevitabile. Fizicienii caută în prezent urme de efecte similare în particule rătăcitoare, adică în lumină sau electroni care ajung la noi din spațiul îndepărtat.
Animație schematică a unui fascicul continuu de lumină împrăștiat de o prismă. În unele abordări ale gravitației cuantice, spațiul poate acționa ca un mediu dispersiv pentru diferite lungimi de undă ale luminii
6) Spațiul timp poate afecta modul în care lumina trece prin el. Este posibil să nu fie complet transparent sau lumina de culori diferite se poate mișca la viteze diferite. Dacă spațiul-timp cuantic afectează propagarea luminii, acest lucru poate fi observat și în experimentele viitoare.
7) Fluctuațiile spațiu-timp pot distruge capacitatea luminii din surse îndepărtate de a crea modele de interferență. Acest efect a fost căutat și niciodată găsit, cel puțin în intervalul vizibil.
Lumina care trece prin două fante groase (sus), două fante subțiri (centru) sau o fanta groasă (jos) prezintă interferențe care indică natura undelor sale. Dar în gravitația cuantică, este posibil ca unele dintre proprietățile de interferență așteptate să nu fie posibile.
8) În zonele cu curbură puternică, timpul se poate transforma în spațiu. Acest lucru se poate întâmpla, de exemplu, în interiorul găurilor negre sau într-un big bang. În acest caz, spațiul-timp cunoscut de noi cu trei spațiale și dimensiuni și unul temporal se poate transforma într-un spațiu „euclidian” cu patru dimensiuni.
Conectarea a două locuri diferite în spațiu sau timp printr-o gaură de vierme rămâne doar o idee teoretică, dar poate fi nu numai interesantă, ci și inevitabilă în gravitația cuantică
Timpul spațial poate fi conectat non-local cu mici găuri de vierme care pătrund în întregul univers. Astfel de conexiuni nelocale trebuie să existe în toate abordările a căror structură de bază nu este geometrică, cum ar fi un grafic sau o rețea. Acest lucru se datorează faptului că, în astfel de cazuri, conceptul de „proximitate” nu va fi fundamental, ci implicit și imperfect, astfel încât regiunile îndepărtate să poată fi conectate accidental.
10) Poate pentru a combina teoria cuantică cu gravitația, trebuie să actualizăm nu gravitația, ci teoria cuantică în sine. Dacă da, consecințele vor fi de anvergură. Deoarece teoria cuantică se află în centrul tuturor dispozitivelor electronice, revizuirea acesteia va deschide posibilități cu totul noi.
Deși gravitația cuantică este adesea privită ca o idee foarte teoretică, există multe posibilități de verificare experimentală. Cu toții călătorim prin spațiu-timp în fiecare zi. Înțelegerea lui ne poate schimba viața.
Ilya Khel
