Holometrski laserski interferometer. (Fermilab) V najmanjših merjenih enotah prostora in časa v vesolju se ne dogaja veliko. V novem iskanju kvantnih nihanj prostora-časa na Planckovih lestvicah so fiziki ugotovili, da je vse gladko.
To pomeni, da – vsaj za zdaj – še vedno ne najdemo rešitve splošna relativnost s kvantno mehaniko.
To je eden najbolj motečih problemov v našem razumevanju vesolja.
Splošna teorija relativnosti je teorija gravitacije, ki opisuje gravitacijske interakcije v velikem fizičnem vesolju. Lahko se uporablja za napovedi o vesolju; napovedana splošna relativnostgravitacijski valovi, na primer, in nekajobnašanje črnih lukenj.
Prostor-čas po relativnosti sledi temu, čemur pravimo načelo lokalnosti - to pomeni, da na predmete neposredno vpliva le njihova neposredna okolica v prostoru in času.
Na kvantnem področju – na atomski in subatomski lestvici – se splošna relativnost pokvari in prevzame kvantna mehanika. Nič v kvantnem svetu se ne zgodi na določenem mestu ali ob določenem času, dokler ni izmerjeno, in deli kvantnega sistema, ločeni s prostorom ali časom, lahko še vedno medsebojno delujejo, kar je pojav, znan kot nelokalnost .
Nekako, kljub razlikam, splošna relativnost in kvantna mehanika obstajata in sodelujeta. Toda do zdaj je reševanjerazlike med obemase je izkazalo za izjemno težko.
Tu nastopi Holometer v Fermilabu - projekt, ki ga vodi astronom in fizik Craig Hogan z Univerze v Chicagu. To je instrument, zasnovan za zaznavanje kvantnih nihanj prostora-časa na najmanjših možnih enotah – Planckovi dolžini, 10-33centimetrov in Planckov čas, koliko časa potrebuje svetloba, da prepotuje Planckovo dolžino.
Sestavljen je iz dveh enakih 40-metrskih (131-čeveljskih) interferometrov, ki se sekata v razdelilniku žarkov. Laser se izstreli na razdelilnik in pošlje dve kraki navzdol do dveh zrcal, ki se odbijeta nazaj v razdelilnik žarka, da se ponovno združita. Morebitna nihanja na Planckovem merilu bodo pomenila, da se žarek, ki se vrne, razlikuje od žarka, ki je bil oddan.
Pred nekaj leti , je Holometer naredil ničelno zaznavo kvantnega tresenja naprej in nazaj v prostoru-času. To je nakazovalo, da sam prostor-čas, kot ga lahko trenutno merimo, ni kvantiziran; to pomeni, da bi jih lahko razdelili na diskretne, nedeljive enote ali kvante.
Ker so bili kraki interferometra ravni, ni mogel zaznati drugih vrst nihajočega gibanja, na primer, če bi bila nihanja rotacijska. In to bi lahko bilo zelo pomembno.
'V splošni teoriji relativnosti vrteča se snov vleče s seboj prostor-čas. V prisotnosti rotirajoče mase se lokalni nerotacijski okvir, merjen z žiroskopom, vrti glede na oddaljeno vesolje, merjeno z oddaljenimi zvezdami,' Hogan je zapisal na spletni strani Fermilab .
Lahko se zgodi, da ima kvantni prostor-čas negotovost lokalnega okvira na Planckovi lestvici, kar bi vodilo do naključnih rotacijskih nihanj ali zasukov, ki jih ne bi zaznali v našem prvem poskusu in so veliko premajhne, da bi jih zaznali v katerem koli običajnem žiroskop.'
Tako je ekipa preoblikovala instrument. Dodali so dodatna zrcala, da bi lahko zaznali vsako rotacijsko kvantno gibanje. Rezultat je bil neverjetno občutljiv žiroskop, ki lahko zazna rotacijske zasuke na Planckovem merilu, ki spremenijo smer milijonkrat na sekundo.
V petih opazovalnih serijah med aprilom 2017 in avgustom 2019 je ekipa zbrala 1.098 ur podatkov časovne serije dvojnega interferometra. V vsem tem času ni bilo niti enega trzanja. Kolikor vemo, je prostor-čas še vedno a kontinuum .
Vendar to ne pomeni holometra, kot je bilo predlagano nekateri znanstveniki izguba časa. Ni drugega takega instrumenta na svetu. Rezultati, ki jih vrne – ničelni ali ne – bodo oblikovali prihodnja prizadevanja za raziskovanje presečišča relativnosti in kvantne mehanike na Planckovih lestvicah.
'Morda ne bomo nikoli razumeli, kako kvantni prostor-čas deluje brez meritev, ki bi vodile teorijo,' je rekel Hogan . „Program Holometer je raziskovalni. Naš eksperiment se je začel le s približnimi teorijami, ki bi vodile njegovo zasnovo, in še vedno nimamo edinstvenega načina za razlago naših ničelnih rezultatov, saj ni stroge teorije o tem, kaj iščemo.
Ali so tresenja le nekoliko manjša, kot smo mislili, da bi lahko bila, ali imajo simetrijo, ki ustvarja vzorec v prostoru, ki ga nismo izmerili? Nova tehnologija bo omogočila prihodnje eksperimente, boljše od naših, in nam morda dala nekaj namigov, kako prostor in čas izhajata iz globljega kvantnega sistema.'
Raziskava je bila objavljena na arXiv .