Când lumina albă trece printr-o prismă, curcubeul de la celălalt capăt prezintă o paletă bogată de culori. Teoreticienii Facultății de Fizică de la Universitatea din Varșovia au arătat că în modelele Universului care utilizează orice teorie cuantică a gravitației, trebuie să existe și un fel de „curcubeu”, format din diferite versiuni ale spațiului-timp. Acest mecanism prezice că, în loc de un spațiu-timp unic și comun, particulele de energii diferite ar trebui să experimenteze versiuni ușor modificate ale acestuia.
Probabil că am văzut cu toții experimentul: când lumina albă trece printr-o prismă, aceasta se descompune pentru a forma un curcubeu. Acest lucru se datorează faptului că lumina albă este un amestec de fotoni de diferite energii și, cu cât energia fotonică este mai mare, cu atât este mai mult deviată de prismă. Astfel, putem spune că un curcubeu apare deoarece fotonii de energii diferite percep aceeași prismă ca având proprietăți diferite. Mulți ani, oamenii de știință au suspectat că particulele de diferite energii din modelele universului cuantic simt în esență structuri diferite ale spațiu-timp.
Fizicienii din Varșovia au folosit un model cosmologic care conține doar două componente: gravitația și un tip de materie. În cadrul relativității generale, câmpul gravitațional este descris prin deformări ale spațiului-timp, în timp ce materia este reprezentată de un câmp scalar (cel mai simplu tip de câmp în care doar o valoare este inerentă fiecărui punct din spațiu).
„Există multe teorii concurente ale gravitației cuantice astăzi. Prin urmare, ne-am formulat modelul în termenii cei mai generali, astfel încât să poată fi aplicat oricăruia dintre ei. Unii ar putea sugera un tip de câmp gravitațional - care în practică înseamnă spațiu-timp - sugerat de o teorie cuantică, altul ar putea sugera altul. Unii operatori matematici din model se vor schimba, dar nu și natura fenomenelor care apar în ei , spune Andrea Dapor, student absolvent la Universitatea din Varșovia.
„Acest rezultat este uimitor. Începem cu lumea neclară a geometriei cuantice, unde este chiar dificil să spunem ce este timpul și ce este spațiul, dar fenomenele care apar în modelul nostru cosmologic par să se întâmple în spațiul-timp obișnuit”, spune un alt student absolvent Mehdi Assaniussi.
Lucrurile au devenit și mai interesante atunci când fizicienii au analizat excitațiile câmpului scalar care au fost interpretate ca particule. Calculele au arătat că în acest model, particulele care diferă în termeni de energie interacționează cu spațiul-timp cuantic într-un mod diferit - la fel ca fotonii cu energii diferite interacționează diferit cu o prismă. Aceasta înseamnă că chiar și structura eficientă a spațiului-timp clasic este percepută diferit de particulele individuale, în funcție de energia lor.
Aspectul unui curcubeu obișnuit poate fi descris în termeni ai indicelui de refracție, a cărui magnitudine depinde de lungimea de undă a luminii. În cazul unui curcubeu similar de spațiu-timp, se propune o relație similară: funcția beta, o măsură a gradului de diferență în percepția spațiului-timp clasic de către diferite particule. Această funcție reflectă gradul de non-clasicitate a spațiului-timp cuantic: în condiții apropiate de clasic, tinde spre zero, în timp ce în condiții cuantice cu adevărat tinde spre unitate. Acum Universul se află într-o stare clasică, deci valoarea beta este aproape de zero, fizicienii estimând că nu depășește 0,01. O valoare atât de mică a funcției beta înseamnă că curcubeul spațiu-timp este în prezent foarte îngust și nu poate fi detectat experimental.
Un studiu realizat de fizicieni teoretici de la Universitatea din Varșovia, finanțat prin subvenții de la Centrul Național de Științe din Polonia, a dus la o altă concluzie interesantă. Curcubeul spațiu-timp este rezultatul gravitației cuantice. Fizicienii sunt în general de acord că efectele unui astfel de plan vor fi vizibile doar la energiile gigantice apropiate de energia Planck, de milioane sau miliarde de ori mai mari decât energia particulelor la care accelerează acum Marele Collider Hadron. Cu toate acestea, valoarea funcției beta depinde de timp și, în momentele apropiate de Big Bang, ar putea fi mult mai mare. Când beta se apropie de zero, curcubeul spațiu-timp crește semnificativ. Ca urmare, în astfel de condiții, efectul curcubeu al gravitației cuantice poate fi observat chiar și la energiile particulelor care sunt de sute de ori mai mici,decât energia protonilor de la LHC modern.
Video promotional:
