Kad bijela svjetlost prolazi kroz prizmu, duga na drugom kraju pokazuje bogatu paletu boja. Teoretičari Fizičkog fakulteta Sveučilišta u Varšavi pokazali su da bi modeli Svemira koji koriste bilo koju kvantnu teoriju gravitacije trebali imati i svojevrsnu "dugu", koja se sastoji od različitih verzija prostor-vremena. Ovaj mehanizam predviđa da bi umjesto jedinstvenog i zajedničkog svemirskog vremena, čestice različitih energija trebale iskusiti malo izmijenjene njegove verzije.
Svi smo vjerojatno vidjeli eksperiment: kad bijela svjetlost prolazi kroz prizmu, ona propada stvarajući dugu. To je zato što je bijela svjetlost mješavina fotona različitih energija, a što je energija fotona veća, to ga prizma više odbija. Dakle, možemo reći da duga nastaje jer fotoni različitih energija doživljavaju istu prizmu kao da ima različita svojstva. Znanstvenici su dugi niz godina sumnjali da čestice različitih energija u modelima kvantnog svemira u osnovi osjećaju različite strukture prostornog vremena.
Fizičari u Varšavi koristili su kozmološki model koji je sadržavao samo dvije komponente: gravitaciju i jednu vrstu materije. U okviru opće relativnosti gravitacijsko polje opisuje se deformacijama prostor-vremena, dok je materija predstavljena skalarnim poljem (najjednostavniji tip polja u kojem je samo jedna vrijednost svojstvena svakoj točki u prostoru).
„Danas postoje mnoge konkurentske teorije kvantne gravitacije. Stoga smo svoj model formulirali najopćenitije kako bi se mogao primijeniti na bilo koji od njih. Neki bi mogli predložiti jedan tip gravitacijskog polja - što u praksi znači prostor-vrijeme - koji je predložila jedna kvantna teorija, drugi bi mogao predložiti drugi. Neki će se matematički operatori u modelu promijeniti, ali ne i priroda pojava koje se u njima događaju”, kaže Andrea Dapor, diplomirana studentica na Sveučilištu u Varšavi.
“Ovaj je rezultat nevjerojatan. Započinjemo s nejasnim svijetom kvantne geometrije, gdje je čak teško reći što je vrijeme, a što prostor, ali pojave koje se javljaju u našem kozmološkom modelu izgleda da se javljaju u uobičajenom prostoru-vremenu “, kaže drugi student postdiplomskog studija Mehdi Assaniussi.
Stvari su postale još zanimljivije kad su fizičari promatrali pobude skalarnog polja koje su protumačene kao čestice. Proračuni su pokazali da u ovom modelu čestice koje se razlikuju u pogledu energije međusobno komuniciraju s kvantnim prostorom-vremenom - baš kao što fotoni s različitim energijama različito komuniciraju s prizmom. To znači da čak i učinkovitu strukturu klasičnog prostora-vremena pojedine čestice percipiraju različito, ovisno o njihovoj energiji.
Izgled obične duge može se opisati u smislu indeksa loma čija veličina ovisi o valnoj duljini svjetlosti. U slučaju slične duge prostora-vremena, predlaže se sličan odnos: beta-funkcija, mjera stupnja razlike u percepciji klasičnog prostora-vremena različitim česticama. Ova funkcija odražava stupanj neklasičnosti kvantnog prostora-vremena: u uvjetima bliskim klasičnim, ona teži nuli, dok u istinski kvantnim uvjetima teži jedinstvu. Sada je Svemir u klasičnom stanju, pa je beta vrijednost blizu nule, fizičari procjenjuju da ne prelazi 0,01. Tako mala vrijednost beta funkcije znači da je svemirsko-duga duga trenutno vrlo uska i da se ne može eksperimentalno otkriti.
Studija teorijskih fizičara sa Sveučilišta u Varšavi, financirana potporama Nacionalnog znanstvenog centra Poljske, dovela je do još jednog zanimljivog zaključka. Prostorno-vremenska duga rezultat je kvantne gravitacije. Fizičari se općenito slažu da će učinci takvog plana biti vidljivi samo na gorostasnim energijama bliskim Planckovoj energiji, milijunima ili milijardama puta većim od energije čestica do kojih sada ubrzava Veliki hadronski sudarač. Međutim, vrijednost beta funkcije ovisi o vremenu, a u trenucima blizu Velikog praska mogla bi biti i mnogo veća. Kako se beta približava nuli, vremensko-prostorna duga se znatno povećava. Kao rezultat toga, u takvim uvjetima, dugin efekt kvantne gravitacije potencijalno se može opaziti čak i kod energija čestica koje su stotine puta niže,nego energija protona na modernom LHC.
Promotivni video:
