Квантовая пена - Quantum foam

Для связанных статей см. Квантовый вакуум (значения).

Квантовая пена или космическая пена колебание пространство-время в очень малых масштабах из-за квантовая механика. Идея принадлежит Джон Уиллер в 1955 г.[1][2]

Задний план

С неполной теорией квантовая гравитация, невозможно быть уверенным, что пространство-время как бы в мелком масштабе. Однако нет причин, по которым пространство-время должно быть фундаментально гладким. Возможно, вместо этого в квантовой теории гравитации пространство-время будет состоять из множества маленьких, постоянно меняющихся областей, в которых пространство и время не определены, а колеблются подобно пене.[3]

Уилер предположил, что Гейзенберг принцип неопределенности может означать, что на достаточно малых расстояниях и достаточно коротких интервалах времени «сама геометрия пространства-времени колеблется».[4] Эти флуктуации могут быть достаточно большими, чтобы вызвать значительные отклонения от гладкого пространства-времени, видимого в макроскопических масштабах, придавая пространству-времени «пенистый» характер.

Результаты экспериментов

В 2009 году два MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) телескопы обнаружили, что среди гамма-луч фотоны прибывающий из блазар Маркарян 501, некоторые фотоны с разными уровнями энергии прибыли в разное время, что позволяет предположить, что некоторые из фотонов двигались медленнее, что противоречит концепции общей теории относительности. скорость света постоянство, несоответствие, которое можно объяснить неравномерностью квантовой пены.[5] Однако более поздние эксперименты не смогли подтвердить предполагаемое изменение скорости света из-за зернистости пространства.[6][7]

Другие эксперименты, связанные с поляризацией света от далеких всплесков гамма-излучения, также дали противоречивые результаты.[8] Другие эксперименты на Земле продолжаются[9] или предложено.[10]

Ограничения и ограничения

Ожидается, что большие флуктуации, характерные для пены пространства-времени, будут происходить в масштабе длины порядка Планковская длина.[11] Пенистое пространство-время будет иметь ограничения на точность измерения расстояний, потому что размер множества квантовых пузырей, через которые проходит свет, будет колебаться. В зависимости от используемой модели пространства-времени неопределенности пространства-времени накапливаются с разной скоростью по мере того, как свет проходит через огромные расстояния.

Рентгеновские и гамма-наблюдения квазаров использовали данные НАСА Рентгеновская обсерватория Чандра, то Космический гамма-телескоп Ферми и наземные наблюдения гамма-излучения с Очень энергичная радиационная телескопическая матрица (VERITAS) показывают, что пространство-время однородно до расстояний, в 1000 раз меньших, чем ядро ​​атома водорода.

Наблюдения за радиацией с близкого расстояния квазары Флойд Стеккер из НАСА Центр космических полетов Годдарда разместили сильные экспериментальные пределы о возможных нарушениях Эйнштейна специальная теория относительности подразумевается существованием квантовой пены.[12] Таким образом, экспериментальные данные до сих пор давали диапазон значений, в которых ученые могут тестировать квантовую пену.

Модель случайной диффузии

Рентгеновское обнаружение квазаров на расстояниях в миллиарды световых лет исключает модель, в которой фотоны беспорядочно рассеиваются через пространственно-временную пену, подобно свету, рассеивающемуся через туман.

Голографическая модель

Измерения квазаров на более коротких длинах волн гамма-излучения с помощью Ферми и более коротких длин волн с помощью VERITAS исключают вторую модель, называемую голографической моделью с меньшей диффузией.[13][14][15][16]

Отношение к другим теориям

В колебания вакуума предоставлять вакуум с ненулевой энергией, известной как энергия вакуума.[17]

Отжим пена теория - это современная попытка воплотить идею Уиллера количественный.

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Уиллер, Дж. А. (январь 1955 г.). «Геоны». Физический обзор. 97 (2): 511–536. Bibcode:1955PhRv ... 97..511W. Дои:10.1103 / PhysRev.97.511.
  2. ^ Мински, Карли (24 октября 2019 г.). «Вселенная состоит из крошечных пузырьков, содержащих мини-вселенные, - говорят ученые -« пена пространства-времени »может быть самой дикой вещью в известной вселенной, и мы только начинаем ее понимать». Вице. Получено 24 октября 2019.
  3. ^ См. Анимацию пространственно-временной пены Дерека Лейнвебера в КХД, как показано в лекции Вильчека.
  4. ^ Уилер, Джон Арчибальд; Форд, Кеннет Уилсон (2010) [1998]. Геоны, черные дыры и квантовая пена: жизнь в физике. Нью-Йорк: W. W. Norton & Company. п. 328. ISBN  9780393079487. OCLC  916428720.
  5. ^ "Задержка гамма-излучения может быть признаком" новой физики "'".
  6. ^ Василеу, Власиос; Грано, Джонатан; Пиран, Цви; Амелино-Камелия, Джованни (2015). «Планковский предел нечеткости пространства-времени и нарушение стохастической лоренц-инвариантности». Природа Физика. 11 (4): 344–346. Bibcode:2015НатФ..11..344В. Дои:10.1038 / nphys3270.
  7. ^ Коуэн, Рон (2012). «Космическая гонка заканчивается ничьей». Природа. Дои:10.1038 / природа.2012.9768.
  8. ^ Интегральные вызовы физике за пределами Эйнштейна / Космическая наука / Наша деятельность / ЕКА
  9. ^ Мойер, Майкл (17 января 2012 г.). "Является ли космос цифровым?". Scientific American. Получено 3 февраля 2013.
  10. ^ Коуэн, Рон (22 ноября 2012 г.). «Один фотон может обнаруживать черные дыры квантового масштаба». Новости природы. Получено 3 февраля 2013.
  11. ^ Хокинг, С. (Ноябрь 1978 г.). «Пена пространства-времени». Ядерная физика B. 144 (2–3): 349–362. Bibcode:1978НуФБ.144..349Н. Дои:10.1016/0550-3213(78)90375-9.
  12. ^ "Эйнштейн делает дополнительные измерения в соответствии с линией". НАСА. Получено 9 февраля 2012.
  13. ^ "Пресс-центр Chandra :: Телескопы НАСА устанавливают ограничения на пространственно-временную квантовую" пену ":: 28 мая 15". chandra.si.edu. Получено 2015-05-29.
  14. ^ «Рентгеновская обсерватория Чандра - флагманский рентгеновский телескоп НАСА». chandra.si.edu. Получено 2015-05-29.
  15. ^ Перлман, Эрик С .; Раппапорт, Саул А .; Christensen, Wayne A .; Джек Нг, Й .; Деворе, Джон; Пули, Дэвид (2014). «Новые ограничения квантовой гравитации из рентгеновских и гамма-наблюдений». Астрофизический журнал. 805: 10. arXiv:1411.7262. Bibcode:2015ApJ ... 805 ... 10P. Дои:10.1088 / 0004-637X / 805/1/10.
  16. ^ "Чандра :: Фотоальбом :: Пространственно-временная пена :: 28 мая 2015". chandra.si.edu. Получено 2015-05-29.
  17. ^ Баэз, Джон (2006-10-08). "Какова плотность энергии вакуума?". Получено 2007-12-18.

использованная литература