Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для связанных статей см Квантовый вакуум (значения) .

Квантовые пены или пространственно - временная пена является квантовой флуктуацией из пространства - времени на очень малые масштабы из - за квантовую механику . Идея была изобретена Джоном Уилером в 1955 году. [1] [2]

Фон [ править ]

С неполной теорией квантовой гравитации невозможно быть уверенным в том, как будет выглядеть пространство-время в малых масштабах. 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]

Уиллер предположил, что принцип неопределенности Гейзенберга 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, наблюдаемого в макроскопических масштабах, что придает пространству-времени «пенистый» характер.

Результаты экспериментов [ править ]

В 2009 году два телескопа MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) обнаружили, что среди гамма- фотонов, поступающих от блазара Маркарян 501 , некоторые фотоны с разными уровнями энергии прибыли в разное время, что позволяет предположить, что некоторые из фотонов двигались медленнее. и, таким образом, противоречит концепции общей теории относительности, согласно которой скорость света постоянна, - 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] Продолжаются или предлагаются другие наземные эксперименты [9] . [10]

Ограничения и ограничения [ править ]

Можно было бы ожидать, что большие флуктуации, характерные для пространственно-временной пены, будут происходить в масштабе длины порядка планковской длины . [11] Пенистое пространство-время будет иметь ограничения на точность измерения расстояний, потому что размер многих 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.

Рентгеновское и гамма-наблюдение квазаров использовали данные из НАСА Чандра , то Ферми гаммы-излучение космического телескопа и наземные наблюдения гаммы-излучение от очень мощного излучения изображений телескопа массива (VERITAS) показывают , что пространство -время является однородны на расстояниях в 1000 раз меньших, чем ядро ​​атома водорода.

Наблюдения за излучением близлежащих квазаров Флойдом Стекером из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА наложили строгие экспериментальные ограничения на возможные нарушения специальной теории относительности Эйнштейна, подразумеваемые существованием квантовой пены. [12] Таким образом, экспериментальные данные до сих пор дали диапазон значений, в которых ученые могут проверить квантовую пену.

Модель случайной диффузии [ править ]

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 [ править ]

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 [ править ]

Эти флуктуации вакуума обеспечивают вакуум с ненулевой энергией , известной как энергия вакуума . [17]

Теория спиновой пены - это современная попытка сделать идею Уиллера количественной .

См. Также [ править ]

  • Геон
  • Радиация Хокинга
  • Голографический принцип
  • Лоренцианская червоточина
  • Планковское время
  • Квантовая флуктуация
  • Стохастическая квантовая механика
  • Теория струн
  • Энергия вакуума
  • Червоточина

Примечания [ править ]

  1. Перейти ↑ Wheeler, JA (январь 1955 г.). «Геоны». Физический обзор . 97 (2): 511–536. Bibcode : 1955PhRv ... 97..511W . DOI : 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» . Vice . Проверено 24 октября 2019 года .
  3. ^ QCD анимации знакомства Дерека Лейнвебера в пространственно - временной пене, а выставленный в Вильчке лекции
  4. ^ Уиллер, Джон Арчибальд; Форд, Кеннет Уилсон (2010) [1998]. Геоны, черные дыры и квантовая пена: жизнь в физике . Нью-Йорк: WW Norton & Company. п. 328. ISBN 9780393079487. OCLC  916428720 .
  5. ^ «Задержка гамма-излучения может быть признаком« новой физики » » .
  6. ^ Василиу, Vlasios; Грано, Джонатан; Пиран, Цви; Амелино-Камелия, Джованни (2015). "Предел планковского масштаба на нечеткость пространства-времени и нарушение стохастической лоренц-инвариантности" . Физика природы . 11 (4): 344–346. Bibcode : 2015NatPh..11..344V . DOI : 10.1038 / nphys3270 .
  7. Перейти ↑ Cowen, Ron (2012). «Космическая гонка заканчивается ничьей». Природа . DOI : 10.1038 / nature.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 . Проверено 3 февраля 2013 года .
  10. Перейти ↑ Cowen, Ron (22 ноября 2012 г.). «Один фотон может обнаруживать черные дыры квантового масштаба» . Новости природы . Проверено 3 февраля 2013 года .
  11. ^ Хокинг, SW (ноябрь 1978 г.). «Пена пространства-времени». Ядерная физика Б . 144 (2–3): 349–362. Bibcode : 1978NuPhB.144..349H . DOI : 10.1016 / 0550-3213 (78) 90375-9 .
  12. ^ "Эйнштейн делает дополнительные измерения в соответствии с линией" . НАСА . Проверено 9 февраля 2012 года .
  13. ^ "Пресс-центр Chandra :: Телескопы НАСА устанавливают ограничения на пространственно-временную квантовую" пену ":: 28 15 мая" . chandra.si.edu . Проверено 29 мая 2015 .
  14. ^ "Рентгеновская обсерватория Чандра - флагманский рентгеновский телескоп НАСА" . chandra.si.edu . Проверено 29 мая 2015 .
  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 . DOI : 10.1088 / 0004-637X / 805/1/10 .
  16. ^ "Чандра :: Фотоальбом :: Пространственно-временная пена :: 28 мая 2015" . chandra.si.edu . Проверено 29 мая 2015 .
  17. ^ Баэз, Джон (2006-10-08). "Какова плотность энергии вакуума?" . Проверено 18 декабря 2007 .

Ссылки [ править ]

  • Минкель-младший (24 ноября 2003 г.). «Заимствованное время: интервью с Мичио Каку» . Scientific American
  • Сваруп, А. (2006). «Взгляд на квантовую пену» . New Scientist , 189, стр. 18, по состоянию на 10 февраля 2012 г.