Квантовая пена - Quantum foam

Квантовый пены (также известный как пространственно - временной пены или пространственно - временного пузыря ) является квантовая флуктуация из пространства - времени на очень малых масштабах из - за квантовой механики . Материя и антивещество постоянно создаются и разрушаются. Эти субатомные объекты называются виртуальными частицами . Идея была изобретена Джоном Уилером в 1955 году.

Фон

С неполной теорией квантовой гравитации невозможно быть уверенным в том, как будет выглядеть пространство-время в малых масштабах. Однако нет однозначной причины, по которой пространство-время должно быть фундаментально гладким. Возможно, вместо этого в квантовой теории гравитации пространство-время будет состоять из множества маленьких, постоянно изменяющихся областей, в которых пространство и время не определены, а колеблются подобно пене.

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

Результаты экспериментов

То, что предсказал Хендрик Казимир и может быть подтверждено экспериментом Казимира, является убедительным доказательством того, что виртуальные частицы действительно существуют. Другое измерение поддерживает идею виртуальной частицы, предсказывая силу магнита, образованного электроном или мюоном. Эксперимент д2 нацелен на это измерение.

В 2005 году телескопы 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, следовательно, это противоречит концепции общей теории относительности, согласно которой скорость света постоянна, и это несоответствие может быть объяснено неоднородностью квантовой пены. Однако более поздние эксперименты не смогли подтвердить предполагаемое изменение скорости света из-за зернистости пространства.

Другие эксперименты с поляризацией света от далеких гамма-всплесков также дали противоречивые результаты. Продолжаются или предлагаются другие наземные эксперименты.

Ограничения и ограничения

Можно ожидать, что большие флуктуации, характерные для пены пространства-времени, будут происходить в масштабе длины порядка планковской длины . 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.

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. Таким образом, экспериментальные данные до сих пор дали 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 при прохождении сквозь туман.

Голографическая модель

Измерения квазаров на более коротких длинах волн гамма-излучения с помощью Ферми и более коротких длинах волн с помощью VERITAS исключают вторую модель, называемую голографической моделью с меньшей диффузией.

Отношение к другим теориям

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

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

Смотрите также

Примечания

использованная литература

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