211service.com
Dlaczego czasoprzestrzeń w najmniejszej skali może być dwuwymiarowa?
W 1973 roku George Ellis i Stephen Hawking opublikowali książkę zatytułowaną The Large Scale Structure of Spacetime. Ich celem, jak powiedzieli, było zrozumienie czasoprzestrzeni w skali od 10^(-13)cm do 10^28cm, czyli innymi słowy, od wielkości cząstek elementarnych do promienia wszechświata.
Może to brzmieć ambitnie, ale prawie 40 lat później kosmolodzy prawie to osiągnęli, mówi Steve Carlip, fizyk teoretyczny z University of California w Davis. Najlepiej jak potrafimy zmierzyć taką rzecz, zachowuje się ona jak gładka (3+1)-wymiarowa rozmaitość Riemanna.
Dlatego fizycy teoretyczni zwrócili uwagę na strukturę czasoprzestrzeni w jeszcze mniejszych skalach. Tu jednak jest problem. W większości nie mamy ani bezpośrednich obserwacji, ani ogólnie przyjętych ram teoretycznych opisujących bardzo małą skalę struktury czasoprzestrzeni, mówi Carlip. Rzeczywiście, nikt nie jest do końca pewien, czy terminy „przestrzeń” i „czas” mają jakiekolwiek sensowne znaczenie w tej skali.
Dziś Carlip przedstawia swoje fascynujące podejście do problemu, że czasoprzestrzeń w najmniejszej skali może być dwuwymiarowa. Choć może się to wydawać nieco sprzeczne z intuicją, mówi, że rośnie liczba wskaźników (dowody to zbyt mocne słowo), które prowadzą do tego wniosku.
Carlip mówi, że ostatnie prace z pętli kwantowej grawitacji, wysokotemperaturowa teoria strun, analiza grup renormalizacji zastosowana w ogólnej teorii względności i innych obszarach badań kwantowej grawitacji, wszystko wskazuje na dwuwymiarową czasoprzestrzeń w najmniejszej skali. W większości tych przypadków liczba wymiarów po prostu załamuje się w procesie zwanym spontaniczną redukcją wymiarów w miarę zmniejszania się skali.
Jedno oczywiste pytanie brzmi: jeśli na tej skali występują tylko dwa wymiary, to jakimi są? Carlip wylicza, że muszą one być czasem i przestrzenią. Mówi, że w każdym punkcie dynamika wybiera preferowany kierunek przestrzenny, prowadząc do w przybliżeniu (1+1)-wymiarowej fizyki lokalnej.
Następnie przenosi się na interesujące terytorium, twierdząc, że ten preferowany kierunek musi być określony klasycznie, a następnie losowo dobrany przez procesy fizyczne zachodzące w tych skalach. Brzmi to kusząco jak ukryta teoria zmiennych, która mogłaby zadowolić przynajmniej jednego fizyka, który otrzymał nagrodę Nobla.
Pytanie za milion dolarów brzmi, czy podejście Carlipa do tego tematu jest prawidłowe. Radośnie przyznaje, że pomysł jest nadal bardzo spekulacyjny. To nie odróżnia go w żaden znaczący sposób od reszty współczesnej kosmologii.
Jednak w przeciwieństwie do wielu teoretyków grawitacji kwantowej Carlip wskazuje na rodzaj eksperymentów, które mogą udowodnić, że ma rację. Opisany przeze mnie proces łamie niezmienność Lorentza w skali Plancka i nawet małe naruszenia w tej skali mogą zostać powiększone i prowadzić do obserwowalnych efektów w dużej skali, mówi.
To interesująca myśl. Mówi, że prawa fizyki w tej skali powinny się zmieniać w zależności od kierunku, w którym podróżujesz. I chociaż będą się stale zmieniać w losowy sposób, nadal można to zmierzyć w wystarczająco sprytnym eksperymencie.
Czas, aby eksperymentatorzy zabrali się za myślenie.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1009.1136 : Struktura czasoprzestrzeni na małą skalę