Pozoruhodná je Einsteinova všeobecná teória relativity, v ktorej sa gravitácia rodí z zakrivenia časopriestoru. Bolo overené s neuveriteľnou úrovňou presnosti, v niektorých prípadoch až na pätnásť desatinných miest. Jednou z jej najzaujímavejších predpovedí bola existencia gravitačných vĺn: vlnenie v časopriestore, ktoré sa šíri voľne. Nie je to tak dávno, čo tieto vlny zachytili detektory LIGO a VIRGO.
A napriek tomu existuje veľa otázok, na ktoré zatiaľ nemáme odpovede. K ich nájdeniu by mohla pomôcť kvantová gravitácia.
Vieme, že všeobecná teória relativity je neúplná. Dobre sa to prejaví, keď sú kvantové efekty časopriestoru úplne neviditeľné, čo je takmer vždy prípad. Ale keď sa kvantové efekty časopriestoru zväčšia, potrebujeme lepšiu teóriu: teóriu kvantovej gravitácie.
Ilustrácia raného vesmíru pozostávajúca z kvantovej peny, keď boli kvantové výkyvy obrovské a prejavovali sa v najmenšej mierke
Pretože sme ešte neurobili teóriu kvantovej gravitácie, nevieme, čo je to priestor a čas. Máme niekoľko vhodných teórií pre kvantovú gravitáciu, ale žiadna z nich nie je všeobecne akceptovaná. Napriek tomu na základe existujúcich prístupov môžeme predpokladať, čo sa v teórii kvantovej gravitácie môže stať s priestorom a časom. Fyzička Sabine Hossfender zhromaždila desať zarážajúcich príkladov.
1) V kvantovej gravitácii budú existovať divoké výkyvy v časopriestore aj pri absencii hmoty. V kvantovom svete nie je vákuum nikdy v pokoji, rovnako ako priestor a čas.
V najmenšej kvantovej mierke môže byť vesmír naplnený malými mikroskopickými čiernymi dierami s nízkou hmotnosťou. Tieto otvory sa môžu spájať alebo rozširovať dovnútra veľmi zaujímavým spôsobom.
2) Kvantový časopriestor je možné vyplniť mikroskopickými čiernymi dierami. Môže navyše obsahovať červie diery alebo sa môžu zrodiť infantilné vesmíry - ako malé bublinky, ktoré sa odtrhnú od vesmíru matky.
Propagačné video:
3) A keďže ide o kvantovú teóriu, časopriestor to dokáže všetko súčasne. Môže súčasne vytvárať detský vesmír a nie ho vytvárať.
Tkaninou časopriestoru nemusí byť vôbec tkanina, ale pozostáva z diskrétnych komponentov, ktoré sa nám javia iba ako súvislá látka vo veľkých makroskopických mierkach.
4) Vo väčšine prístupov ku kvantovej gravitácii nie je časopriestor zásadný, ale pozostáva z niečoho iného. Môžu to byť reťazce, slučky, qubity alebo varianty časopriestorových „atómov“, ktoré sa objavujú v prístupoch ku kondenzovanej hmote. Jednotlivé komponenty je možné rozobrať iba s použitím najvyšších energií, oveľa vyšších, ako sú tie, ktoré máme k dispozícii na Zemi.
5) V niektorých prístupoch ku kondenzovanej hmote má časopriestor vlastnosti pevného alebo tekutého telesa, to znamená, že môže byť elastický alebo viskózny. Ak je to pravda, pozorované následky sú nevyhnutné. Fyzici v súčasnosti hľadajú stopy podobných účinkov v putujúcich časticiach, to znamená vo svetle alebo elektrónoch, ktoré sa k nám dostávajú zo vzdialeného vesmíru.
Schematická animácia spojitého lúča svetla rozptýleného hranolom. V niektorých prístupoch ku kvantovej gravitácii môže vesmír pôsobiť ako disperzné médium pre rôzne vlnové dĺžky svetla
6) Priestorový čas môže ovplyvniť to, ako ním svetlo prechádza. Nemusí byť úplne priehľadný alebo sa svetlo rôznych farieb môže pohybovať rôznymi rýchlosťami. Ak kvantový časopriestor ovplyvňuje šírenie svetla, je to možné pozorovať aj v budúcich experimentoch.
7) Kolísanie časopriestoru môže zničiť schopnosť svetla zo vzdialených zdrojov vytvárať interferenčné vzory. Tento efekt bol hľadaný a nikdy sa nenašiel, aspoň vo viditeľnom rozmedzí.
Svetlo prechádzajúce cez dve hrubé štrbiny (hore), dve tenké štrbiny (stred) alebo jednu hrubú štrbinu (dole) vykazuje interferenciu naznačujúcu jej vlnovú povahu. Ale v kvantovej gravitácii nemusia byť niektoré z očakávaných interferenčných vlastností možné.
8) V oblastiach so silným zakrivením sa čas môže zmeniť na vesmír. Môže sa to stať napríklad vo vnútri čiernych dier alebo vo veľkom tresku. V takom prípade sa nám známy časopriestor s tromi priestorovými a dimenziami a jedným časovým môže zmeniť na štvorrozmerný „euklidovský“priestor.
Spojenie dvoch rôznych miest v priestore alebo čase prostredníctvom červej diery zostáva iba teoretickou myšlienkou, ale môže byť nielen zaujímavé, ale aj nevyhnutné v kvantovej gravitácii
Časopriestor je možné spojiť lokálne s malými červými dierami, ktoré prestupujú celým vesmírom. Takéto nelokálne spojenia musia existovať vo všetkých prístupoch, ktorých podkladová štruktúra nie je geometrická, napríklad graf alebo sieť. Je to tak kvôli skutočnosti, že v takýchto prípadoch nebude pojem „blízkosť“zásadný, ale implicitný a nedokonalý, aby mohlo dôjsť k náhodnému spojeniu vzdialených oblastí.
10) Možno, aby sme spojili kvantovú teóriu s gravitáciou, musíme aktualizovať nie gravitáciu, ale samotnú kvantovú teóriu. Ak je to tak, dôsledky budú ďalekosiahle. Pretože kvantová teória je jadrom všetkých elektronických zariadení, jej revízia otvorí úplne nové možnosti.
Aj keď sa kvantová gravitácia často považuje za vysoko teoretický nápad, existuje veľa možností experimentálneho overenia. Všetci cestujeme každý deň časopriestorom. Porozumenie mu môže zmeniť náš život.
Iľja Khel