Når hvitt lys passerer gjennom et prisme, viser regnbuen i den andre enden en rik fargepalett. Teoretikerne ved Fakultet for fysikk ved Universitetet i Warszawa har vist at modeller av universet som bruker hvilken som helst kvante teori om tyngdekraft, også skal ha en slags "regnbue", som består av forskjellige versjoner av romtid. Denne mekanismen forutsier at i stedet for en enkelt og vanlig romtid, skal partikler med forskjellige energier oppleve litt endrede versjoner av den.
Vi har alle sannsynligvis sett eksperimentet: når hvitt lys passerer gjennom et prisme, forfaller det til å danne en regnbue. Dette er fordi hvitt lys er en blanding av fotoner med forskjellige energier, og jo høyere fotonenergi, desto mer avbøyes det av prismen. Dermed kan vi si at regnbuen oppstår fordi fotoner med forskjellige energier oppfatter det samme prismen som å ha forskjellige egenskaper. I mange år har forskere mistenkt at partikler med forskjellige energier i modeller av kvanteuniverset i det vesentlige fornemmer forskjellige strukturer i romtiden.
Fysikere i Warszawa brukte en kosmologisk modell som bare inneholdt to komponenter: tyngdekraften og en type materie. Innenfor rammene av generell relativitet er gravitasjonsfeltet beskrevet av deformasjoner av romtid, mens materie er representert med et skalarfelt (den enkleste typen felt der bare en verdi er iboende i hvert punkt i rommet).
“Det er mange konkurrerende teorier om kvantegravitasjon i dag. Derfor formulerte vi modellen i de mest generelle termer slik at den kan brukes på noen av dem. Noen kan foreslå en type gravitasjonsfelt - som i praksis betyr romtid - foreslått av en kvanteteori, en annen kan foreslå en annen. Noen matematiske operatører i modellen vil endre seg, men ikke arten av fenomenene som forekommer i dem, sier Andrea Dapor, en kandidatstudent ved universitetet i Warszawa.
“Dette resultatet er fantastisk. Vi begynner med den uklare verdenen av kvantegeometri, der det til og med er vanskelig å si hva som er tid og hva som er rom, men fenomenene som forekommer i vår kosmologiske modell ser ut til å skje i vanlig romtid, sier en annen kandidatstudent Mehdi Assaniussi.
Ting ble enda mer interessante når fysikere så på eksplosjoner i skalarfelt som ble tolket som partikler. Beregninger har vist at partikler som skiller seg med hensyn til energi i denne modellen interagerer med kvante romtid på en annen måte - akkurat som fotoner med forskjellige energier samhandler forskjellig med et prisme. Dette betyr at selv den effektive strukturen til klassisk romtid oppfattes forskjellig av individuelle partikler, avhengig av deres energi.
Utseendet til en vanlig regnbue kan beskrives i form av brytningsindeks, hvis størrelse avhenger av lysets bølgelengde. I tilfelle av en lignende regnbue av romtid foreslås et lignende forhold: beta-funksjonen, et mål på graden av forskjell i oppfatningen av klassisk romtid ved forskjellige partikler. Denne funksjonen gjenspeiler graden av ikke-klassisitet av kvante romtid: i forhold nær klassisk, har den en tendens til null, mens den i ekte kvanteforhold har en tendens til enhet. Nå er universet i en klassisk lignende tilstand, så betaverdien er nær null, fysikere anslår at den ikke overstiger 0,01. En så liten verdi av beta-funksjonen betyr at romtidens romtid er veldig smal og ikke kan oppdages eksperimentelt.
En studie av teoretiske fysikere ved universitetet i Warszawa, finansiert av tilskudd fra National Science Center of Poland, førte til en annen interessant konklusjon. Rombuen i romtiden er et resultat av kvantegravitasjon. Fysikere er generelt enige om at effekten av en slik plan bare vil være synlig ved gigantiske energier nær Planck-energien, millioner eller milliarder ganger høyere enn partikkelenergien som Large Hadron Collider nå akselererer til. Verdien av beta-funksjonen avhenger imidlertid av tid, og i øyeblikk nær Big Bang kan den være mye høyere. Når beta nærmer seg null, øker tidsrommet regnbue betydelig. Som et resultat, under slike forhold, kan regnbueeffekten av kvantegravitasjon potensielt observeres selv ved partikkelenergier som er hundrevis av ganger lavere,enn energien til protoner ved den moderne LHC.
Kampanjevideo:
