Когато бялата светлина преминава през призма, дъгата в другия край показва богата палитра от цветове. Теоретиците от Физическия факултет на Варшавския университет показаха, че моделите на Вселената, използващи всякаква квантова теория на гравитацията, също трябва да имат вид „дъга“, състояща се от различни версии на пространството-времето. Този механизъм предсказва, че вместо едно и общо пространство-време, частиците с различни енергии трябва да изпитат леко променени версии на него.
Вероятно всички сме виждали експеримента: когато бялата светлина премине през призма, тя се разпада, образувайки дъга. Това е така, защото бялата светлина е смес от фотони с различни енергии и колкото по-висока е енергията на фотоните, толкова повече тя се отклонява от призмата. По този начин можем да кажем, че дъгата възниква, защото фотоните с различни енергии възприемат една и съща призма като притежаващи различни свойства. В продължение на много години учените подозират, че частиците с различни енергии в моделите на квантовата вселена по същество усещат различни структури на пространството-времето.
Физиците във Варшава използваха космологичен модел, съдържащ само два компонента: гравитация и един вид материя. В рамките на общата теория на относителността гравитационното поле се описва чрез деформации на пространство-времето, докато материята е представена от скаларно поле (най-простият тип поле, в което само една стойност е присъща на всяка точка в пространството).
„Днес има много конкуриращи се теории за квантовата гравитация. Следователно, ние формулирахме нашия модел в най-общи термини, така че да може да се приложи към всеки от тях. Някои може да предположат един тип гравитационно поле - което на практика означава пространство-време - предложено от една квантова теория, друго може да предложи друго. Някои математически оператори в модела ще се променят, но не и естеството на явленията, които се случват в тях “, казва Андреа Дапор, студент във Варшавския университет.
„Този резултат е невероятен. Започваме с размития свят на квантовата геометрия, където дори е трудно да се каже какво е времето и кое е пространството, но явленията, възникващи в нашия космологичен модел, изглежда се появяват в обикновено пространство-време “, казва друг аспирант Мехди Асаниуси.
Нещата станаха още по-интересни, когато физиците разгледаха скаларно възбуждане на полето, което се интерпретира като частици. Изчисленията показват, че в този модел частиците, които се различават по отношение на енергията, взаимодействат с квантовото пространство-време по различен начин - точно както фотоните с различни енергии взаимодействат по различен начин с една призма. Това означава, че дори ефективната структура на класическото пространство-време се възприема по различен начин от отделните частици, в зависимост от тяхната енергия.
Появата на обикновена дъга може да се опише чрез показателя на пречупване, чийто размер зависи от дължината на вълната на светлината. В случай на подобна дъга на пространство-времето се предлага подобна връзка: бета функцията, мярка за степента на разлика в възприемането на класическото пространство-време от различни частици. Тази функция отразява степента на некласичност на квантовото пространство-време: в условия, близки до класическите, тя се стреми към нула, докато при истинските квантови условия има тенденция към единство. Сега Вселената е в класическо състояние, така че бета стойността е близка до нула, физиците я оценяват като ненадвишаваща 0,01. Такава малка стойност на бета функцията означава, че в момента космическо-дъговата дъга е много тясна и не може да бъде открита експериментално.
Изследване на физици-теоретици от Варшавския университет, финансирано със стипендии от Националния научен център на Полша, доведе до друг интересен извод. Пространствено-временната дъга е резултат от квантовата гравитация. Обикновено физиците са съгласни, че ефектите от такъв план ще бъдат видими само при гигантски енергии, близки до енергията на Планк, милиони или милиарди пъти по-високи от енергията на частиците, до която Големият адронен ускорител сега ускорява. Стойността на бета функцията обаче зависи от времето и в моменти, близки до Големия взрив, тя може да бъде много по-висока. Тъй като бета се приближава до нула, време-пространствената дъга се увеличава значително. В резултат на това при такива условия дъговият ефект на квантовата гравитация може потенциално да се наблюдава дори при енергии на частици, които са стотици пъти по-ниски,отколкото енергията на протоните в съвременния LHC.
Промоционално видео: