Adakah realiti asas kita berterusan atau adakah ia dicincang ke dalam bit kecil?
Ditanya dengan cara lain, adalah ruang masa yang lancar atau chunky? Persoalannya memotong ke jantung teori-teori fisika yang paling asas, menghubungkan ruang angkasa dan waktu bersilang dengan bahan kehadiran kita sehari-hari.
Walau bagaimanapun, ujian secara eksperimen sifat ruang dan masa telah menjadi mustahil, kerana tenaga ekstrim yang diperlukan untuk menyiasat skala kecil di alam semesta. Itulah - sehingga sekarang. Pasukan astronomi telah mencadangkan rancangan baru yang bercita-cita tinggi untuk menggunakan pesawat angkasa kecil untuk mengesan perubahan halus dalam kelajuan cahaya, yang menjadi ciri beberapa teori yang paling minda membosankan dari kosmos. Sekiranya ruang dan masa sememangnya dipecah menjadi sedikit, penyelidikan dapat membuka jalan bagi pemahaman yang benar tentang realiti.
Chunky vs lancar
Persoalan "apakah ruang dan masa?" kembali beribu-ribu tahun, dan pemahaman moden kita terletak pada dua tiang aneh yang tidak sesuai: mekanik kuantum dan teori relativiti umum Einstein.
Dalam kerelatifan umum, ruang dan masa ditenun bersama ke dalam kain bersatu ruang masa, tahap empat dimensi yang mendasari alam semesta kita. Masa ruang ini adalah berterusan, yang bermaksud bahawa tiada jurang di mana-mana; ia semua tekstur yang lancar. Space-time bukan sekadar platform bagi kita untuk bertindak bahagian kita, bagaimanapun; ia juga pemain: lenturan dan melengkapkan ruang masa memberi kita pengalaman graviti.
Di sudut bertentangan, satu set peraturan yang disebut mekanik kuantum mengawal interaksi dari benda-benda yang sangat kecil di alam semesta. Mekanik kuantum terletak pada idea bahawa tidak banyak pengalaman sehari-hari kita lancar dan berterusan, tetapi chunky. Dalam erti kata lain, ia dikalkimumkan. Tenaga, momentum, spin dan sebilangan besar sifat lain hanya datang dalam paket kecil.
Terlebih lagi, mekanik kuantum itu sendiri juga berpecah kepada dua kem. Di satu pihak, kita mempunyai zarah yang biasa dalam kewujudan kita setiap hari, seperti elektron dan proton, yang berinteraksi dan melakukan perkara-perkara menarik lain. Ini jelas sangat chunky, kerana mereka "diskret". Sebaliknya, kita mempunyai bidang kuantum. Di dunia subatomik, setiap jenis zarah mempunyai medan sendiri yang tersebar di seluruh ruang; apabila kita memikirkan zarah, kita memikirkan getaran sedikit dalam bidang mereka, yang seterusnya berinteraksi dengan zarah lain, dan melakukan beberapa perkara lain yang menarik. Bidang-bidang ini difahami sangat lancar.
Bit masa dan ruang
Oleh itu, kita mempunyai beberapa gambaran yang lancar dari alam semesta kita dan beberapa yang chunky. Apabila ia datang kepada ruang masa itu sendiri, kita dapat dengan mudah membayangkan memperluaskan konsep mekanik kuantum sepanjang jalan ke kesimpulan logik mereka, dan memerintah bahawa ruang dan masa diskret: Kain realiti sangat dibahagikan seperti piksel pada skrin komputer , dan apa yang kita perolehi sebagai pergerakan yang lancar dan berterusan hanyalah satu grid piksel diskret pada skala yang paling kecil.
Banyak teori penggabungan bersama mekanik kuantum dan relativiti umum, seperti teori rentetan dan graviti kuantum gelung, meramalkan beberapa bentuk ruang masa diskret (walaupun ramalan yang tepat, tafsiran dan implikasi keutuhan itu masih kurang difahami). Jika kita dapat mencari keterangan untuk ruang masa diskret, ia bukan sahaja akan menulis semula pemahaman kita tentang realiti, tetapi juga membuka pintu kepada revolusi dalam fizik.
Kebencian ini dapat mendedahkan dirinya hanya dengan cara yang paling halus; jika tidak, kita akan melihatnya sekarang. Pelbagai teori telah meramalkan bahawa jika ruang masa memang chunky, maka kelajuan cahaya mungkin tidak sepenuhnya berterusan - ia mungkin beralih sedikit sekali bergantung kepada tenaga cahaya itu. Cahaya tenaga yang lebih tinggi mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek, dan apabila panjang gelombang menjadi cukup kecil, ia dapat "melihat" kebasahan ruang masa. Bayangkan berjalan kaki di kaki lima: dengan kaki besar anda tidak melihat apa-apa retak kecil atau benjolan, tetapi jika anda mempunyai kaki mikroskopik, anda akan mengembara ke atas setiap ketidaksempurnaan kecil, melambatkan anda. Tetapi perubahan ini sangat kecil; jika ruang masa diskret, ia berada pada skala lebih daripada satu bilion kali lebih kecil daripada apa yang kita boleh buat semasa percubaan kami yang paling kuat.
Satu usaha untuk pemula
Masukkan GrailQuest: Makmal Antarabangsa Astronomi Gamma-ray untuk Eksplorasi Kuantum Masa Angkasa. Satu pasukan ahli astronomi mengemukakan cadangan untuk misi ini sebagai tindak balas kepada panggilan untuk idea-idea memburu ruang-ruang baru dari Agensi Angkasa Eropah (ESA). Cadangan mereka terperinci dalam pangkalan data arXiv, yang bermaksud bahawa ia belum ditinjau oleh rakan sebaya di lapangan.
Berikut adalah sudu: Untuk melihat apakah kelajuan cahaya berubah dengan tenaga yang berlainan, kita perlu mengumpul sejumlah besar cahaya tenaga tertinggi di alam semesta, dan GrailQuest berharap dapat berbuat demikian.
GrailQuest terdiri daripada armada kapal angkasa yang kecil dan sederhana (nombor tepat berbeza-beza, dari hanya beberapa sedozen jika satelit lebih besar kepada beberapa ribu jika mereka lebih kecil) untuk sentiasa memantau langit untuk letupan rayma gamma. Ini adalah beberapa letupan paling kuat di alam semesta. Seperti namanya, letupan ini melepaskan banyak foton tenaga tinggi, sinar gamma a.k.a. Sinar gamma ini bergerak melintasi berbilion tahun sebelum sampai ke armada kapal angkasa, yang mencatat tenaga sinar gamma dan perbezaan masa kerana letupan membasuh armada.
Dengan ketepatan yang mencukupi, GrailQuest mungkin dapat mendedahkan jika ruang masa diskrit. Sekurang-kurangnya, ia mempunyai persediaan yang betul: Ia mengkaji cahaya tenaga tertinggi (yang paling banyak mempengaruhi teori-teori yang meramalkan bahawa masa ruang adalah chunky); sinar gamma telah melakukan perjalanan selama berbilion tahun cahaya (membenarkan kesan membina dari masa ke masa); dan kapal angkasa cukup mudah untuk menghasilkan beramai-ramai (jadi seluruh armada dapat melihat seberapa banyak peristiwa yang mungkin, di seluruh langit).
Bagaimanakah konsepsi realiti kita akan berubah sekiranya GrailQuest dapat mencari keterangan mengenai kebencian ruang masa? Tidak mustahil untuk dikatakan - teori semasa kami berada di atas peta apabila ia berkaitan dengan implikasi. Tetapi tidak kira apa, kita perlu menunggu. Pusingan cadangan ESA ini adalah untuk pelancaran antara 2035 dan 2050. Walaupun kita sedang menunggu, kita boleh membahaskan jika masa berlalu antara sekarang dan kemudian pada asasnya lancar atau chunky.
- Objek Strangest 12 di Semesta
- Dari Big Bang hingga Hadir: Syot Kilat Alam Semesta Kami Melalui Masa
- Nombor Besar Yang Menentukan Alam Semesta
Paul M. Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University, tuan rumah Tanya Spaceman dan Radio Angkasa, dan pengarang Tempat Anda di Semesta.
