Einsteins generelle relativitetsteori, hvor tyngdekraften er født ut av romtidens krumning, er bemerkelsesverdig. Det har blitt bekreftet med et utrolig nøyaktighetsnivå, i noen tilfeller opp til femten desimaler. En av hennes mest interessante spådommer var eksistensen av gravitasjonsbølger: krusninger i romtiden som forplantes fritt. For ikke så lenge siden ble disse bølgene fanget av LIGO- og VIRGO-detektorene.
Og likevel er det mange spørsmål som vi ennå ikke har svar på. Kvantegravitasjon kan hjelpe til med å finne dem.
Vi vet at generell relativitet er ufullstendig. Det fungerer bra når rom-tidens kvanteeffekter er helt usynlige, noe som nesten alltid er tilfelle. Men når kvanteeffektene av romtiden blir store, trenger vi en bedre teori: en teori om kvantegravitasjon.
En illustrasjon av det tidlige universet, bestående av kvanteskum, da kvantesvingningene var enorme og manifesterte seg i minste skala
Siden vi ennå ikke har samlet en teori om kvantegravitasjon, vet vi ikke hva rom og tid er. Vi har flere passende teorier for kvantegravitasjon, men ingen av dem er allment akseptert. Likevel, basert på eksisterende tilnærminger, kan vi anta hva som kan skje med rom og tid i teorien om kvantegravitasjon. Fysiker Sabine Hossfender har samlet ti oppsiktsvekkende eksempler.
1) I kvantegravitasjon vil det være ville svingninger i romtid, selv i fravær av materie. I kvanteverdenen er vakuumet aldri i ro, det samme gjelder rom og tid.
På den minste kvanteskalaen kan universet fylles med små, mikroskopiske sorte hull med lave masser. Disse hullene kan kobles sammen eller utvides innover på en veldig interessant måte.
2) Kvantum tid kan fylles med mikroskopiske sorte hull. Videre kan den inneholde ormehull eller infantile universer kan bli født - som små bobler som bryter vekk fra mors univers.
Kampanjevideo:
3) Og siden dette er en kvanteteori, kan romtid gjøre alt på samme tid. Det kan samtidig skape et spedbarnsunivers og ikke skape det.
Stoffet av romtid er kanskje ikke et stoff i det hele tatt, men består av diskrete komponenter, som bare ser ut til å være et kontinuerlig stoff i store makroskopiske skalaer.
4) I de fleste tilnærminger til kvantegravitasjon er romtid ikke grunnleggende, men består av noe annet. Dette kan være strenger, sløyfer, qubits eller varianter av rom-tid "atomer" som dukker opp i kondenserte tilnærminger. Individuelle komponenter kan bare demonteres ved bruk av de høyeste energiene, langt over de som er tilgjengelige for oss på jorden.
5) I noen tilnærminger med kondensert materie har romtid egenskapene til et fast eller flytende legeme, det vil si at det kan være elastisk eller viskøst. Hvis dette stemmer, er de observerte konsekvensene uunngåelige. Fysikere leter for tiden etter spor av lignende effekter i vandrende partikler, det vil si i lys eller elektroner som når oss fra et fjernt rom.
Skjematisk animasjon av en kontinuerlig lysstråle spredt av et prisme. I noen tilnærminger til kvantegravitasjon kan rommet fungere som et spredningsmedium for forskjellige lysbølgelengder
6) Romtid kan påvirke hvordan lys passerer gjennom den. Det kan hende det ikke er helt gjennomsiktig, eller lys i forskjellige farger kan bevege seg i forskjellige hastigheter. Hvis romtiden for kvanter påvirker forplantningen av lys, kan dette også observeres i fremtidige eksperimenter.
7) Svingninger i rom-tid kan ødelegge evnen til lys fra fjerne kilder til å skape interferensmønstre. Denne effekten ble søkt og aldri funnet, i det minste i det synlige området.
Lys som går gjennom to tykke spalter (øverst), to tynne spalter (midt) eller en tykk spalte (bunn) viser forstyrrelser som indikerer bølgenaturen. Men når det gjelder kvantitet, er det mulig at noen av de forventede interferensegenskapene ikke er mulig.
8) I områder med sterk krumning kan tid bli til rom. Dette kan for eksempel skje inne i sorte hull eller i et stort smell. I dette tilfellet kan romtiden som er kjent for oss med tre romlige og dimensjoner og en tidsmessig bli til et firedimensjonalt "euklidisk" rom.
Å koble to forskjellige steder i rom eller tid gjennom et ormehull er fortsatt bare en teoretisk idé, men det kan ikke bare være interessant, men også uunngåelig i kvantegravitasjon
Romtid kan kobles ikke-lokalt med små ormehull som gjennomsyrer hele universet. Slike ikke-lokale forbindelser må eksistere i alle tilnærminger hvis underliggende struktur ikke er geometrisk, for eksempel en graf eller et nettverk. Dette skyldes at begrepet "nærhet" i slike tilfeller ikke vil være grunnleggende, men underforstått og ufullkommen, slik at fjerne regioner ved et uhell kan kobles sammen.
10) Kanskje for å kombinere kvanteteori med tyngdekraft, trenger vi ikke å oppdatere tyngdekraften, men selve kvanteteorien. I så fall vil konsekvensene være vidtrekkende. Siden kvanteteori er kjernen i alle elektroniske enheter, vil revisjon av den åpne helt nye muligheter.
Selv om kvantegravitasjon ofte blir sett på som en meget teoretisk idé, er det mange muligheter for eksperimentell verifisering. Vi reiser alle gjennom romtid hver dag. Å forstå ham kan forandre livene våre.
Ilya Khel
