Tipărire
Categorie: Inexplicabil - ce nu ştim încă
Accesări: 5086

Realitatea fundamentalaContinuăm prezentarea pe scurt a unei noi teorii cu privire la natura ultimă a realităţii pe care Lee Smolin şi alţi 3 colegi cercetători o propun în încercarea de a unifica relativitatea generalizată şi mecanica cuantică, teorie care are ca punct central aşa-numitul spaţiu-fază.

 

Dincolo de spaţiu-timp: spaţiul-fază (1)

 

Marile întrebări rămân în continuare valabile. Spre exemplu, cum putem şti dacă spaţiul-impuls este cu adevărat curbat? Pentru a găsi răspunsul, echipa a propus câteva experimente.

O idee este să se studieze lumina care ajunge la Pământ de la exploziile de raze gama îndepărtate. Dacă spaţiul-impuls este curbat într-un mod special la care matematicienii  se referă ca “non-metric”, atunci un foton de energie înaltă din explozia de raze gama ar trebui să ajungă la telescopul nostru puţin mai târziu decât un foton de energie mai joasă de la aceeaşi explozie, în ciuda faptului că cei doi au fost emişi în acelaşi timp.

Tocmai acest fenomen a fost deja confirmat, începând cu nişte observaţii neobişnuite făcute de un telescop din insulele Canare în 2005. Efectul a mai fost confirmat de atunci şi de către telescopul spaţial Fermi al NASA, care funcţionează în domeniul razelor gama şi care a colectat începând de la lansarea sa din 2008 informaţii cu privire la radiaţia provenind de la acest gen de explozii cosmice. “Datele Fermi arată că faptul că există o corelare între timpul de sosire şi energie – fotonii de înaltă energie sosesc mai târziu decât fotonii de energie joasă – este incontestabil din punct de vedere experimental,” spune Amelino-Camelia.

Cu toate acestea, încă nu putem desface şampania. Nu este clar dacă decalajele observate sunt semnături reale ale spaţiului-impuls curbat sau dacă se reduc la “proprietăţi necunoscute ale exploziilor însele”, după cum spune Amelino-Camelia. Calculele privind exploziile de raze gama idealizează exploziile ca fiind fenomene instantanee, numai că în realitate acestea durează câteva secunde. Deşi nu există vreun motiv evident să se creadă aşa ceva, este posibil ca exploziile să se producă în aşa fel încât emisia fotonilor de energie mai joasă să aibă loc cu o secundă sau două înaintea emisiei celor cu energie mai înaltă, fapt care ar explica decalajele observate.

Pentru a separa proprietăţile exploziilor însele de proprietăţile spaţiului (localitatea relativă), avem nevoie de o mostră considerabilă de explozii de raze gama care se produc la diferite distanţe cunoscute. Dacă decalajul este o proprietate a exploziilor, durata sa nu va depinde de cât de departe are loc explozia faţă de telescopul nostru; dacă este un semn al localităţii relative, atunci va depinde. Amelino-Camelia şi restul echipei lui Smolin aşteaptă acum cu nerăbdare mai multe date de la Fermi.

Cu toate acestea, întrebările nu se opresc aici. Chiar dacă observaţiile lui Fermi confirmă că spaţiul-impuls este curbat, încă nu ştim ce cauzează curbarea. În relativitatea generală, impulsul şi energia sub forma masei sunt cele care curbează spaţiu-timpul. Într-o lume în care spaţiul-impuls este fundamental, ar putea spaţiul şi timpul să fie cumva responsabile de curbarea spaţiului-impuls?





O lucrare purtând semnătura lui Shahn Majid, fizician şi matematician la Universitatea Regina Maria din Londra, ar putea oferi unele indicii. În anii ’90, el a arătat că spaţiul-impuls curbat este echivalent cu ce este cunoscut sub numele de spaţiu-timp necomutativ. În spaţiu-timpul obişnuit coordonatele se schimbă – astfel, dacă vrem să ajungem la punctul de coordonate (x,y), nu contează dacă facem x paşi spre dreapta şi y paşi înainte sau dacă ne deplasăm y paşi înainte urmaţi de x paşi spre dreapta. Dar matematicienii pot construi spaţii-timp în care această regulă nu mai este respectată, obţinând astfel un spaţiu-timp caracterizat de o imprecizie intrinsecă.

Într-un anumit sens, această neclaritate este exact lucrul aşteptat odată aplicate efectele cuantice. Ceea ce face mecanica cuantică diferită de mecanica obişnuită este principiul incertitudinii al lui Heisenberg: când stabileşti exact impulsul unei particule – spre exemplu, prin măsurare – atunci poziţia ei devine complet incertă şi viceversa. Ordinea în care măsori poziţia şi impulsul le determină valorile; cu alte cuvinte, aceste proprietăţi nu comută. Aceasta, spune Majid, implică faptul că spaţiul-impuls curbat este doar un spaţiu-timp cuantic cu o altă înfăţişare.

Mai mult decât atât, Majid suspectează că această relaţie dintre curbare şi nedeterminarea cuantică funcţionează în ambele direcţii: curbarea spaţiu-timpului – o manifestare a gravitaţiei în relativitatea lui Einstein – implică faptul că spaţiul-impuls este de asemenea cuantic. Modelul lui Smolin şi al colegilor săi nu include încă gravitaţia, dar odată ce o va include, spune Majid, observatorii nu vor conveni nici în ceea ce priveşte măsurătorile efectuate în spaţiul-impuls. Deci dacă ambele, spaţiu-timp şi spaţiu-impuls, sunt relative, ce se întâmplă cu realitatea obiectivă? Care este adevărata structură a realităţii?

Bănuiala lui Smolin este că ne vom găsi într-un loc în care spaţiu-timpul şi spaţiul-impuls se întâlnesc: un spaţiu-fază octodimensional care reprezintă toate valorile posibile de poziţie, timp, energie şi impuls. În relativitate, ceea ce un observator vede ca spaţiu, altul vede ca timp şi viceversa, deoarece în cele din urmă vorbim de două feţe ale aceleiaşi monede – un spaţiu-timp unificat. De asemenea, în cadrul formulării pe care Smolin o imaginează pentru gravitaţia cuantică, ceea ce un observator vede ca spaţiu-timp, altul vede ca spaţiu-impuls, iar cele două sunt unificate într-un spaţiu-fază în mai multe dimensiuni şi care este absolut şi invariant pentru toţi observatorii. Cu relativitatea împinsă la un alt nivel, asta va reprezenta un semn de rămas-bun atât pentru spaţiu-timp, cât şi pentru spaţiul-impuls, dar şi o urare de bun venit adresată spaţiului-fază.

“Devenise evident de ceva vreme că separarea dintre spaţiu-timp şi energie-impuls este înşelătoare atunci când ne ocupăm cu gravitaţia cuantică,” spune fizicianul João Magueijo de la Imperial College din Londra. În fizica obişnuită, este foarte uşor să tratăm spaţiu-timpul şi spaţiul-impuls ca lucruri separate, explică el, “dar gravitaţia cuantică ar putea necesita îmbinarea lor completă”. Odată ce ne dăm seama cum se potrivesc piesele de puzzle ale spaţiu-timpului şi spaţiului-impuls, visul lui Born va fi în sfârşit realizat şi adevăratul eşafodaj al realităţii ni se va dezvălui.


Traducător: Ioan Florea



Textul de mai sus reprezintă traducerea şi adaptarea articolului Beyond space-time: Welcome to phase space de Amanda Gefter, publicat de New Scientist. Reed Business Information Ltd şi New Scientist nu îşi asumă nicio responsabilitate privind eventualele erori de traducere.