Keď biele svetlo prechádza hranolom, dúha na druhom konci vykazuje bohatú paletu farieb. Teoretici Fakulty fyziky na Varšavskej univerzite ukázali, že modely vesmíru využívajúce ľubovoľnú kvantovú teóriu gravitácie by mali mať aj akúsi „dúhu“pozostávajúcu z rôznych verzií časopriestoru. Tento mechanizmus predpovedá, že namiesto jedného a spoločného časopriestoru by častice rôznych energií mali zažiť jeho mierne pozmenené verzie.
Experiment sme už pravdepodobne všetci videli: keď biele svetlo prechádza hranolom, rozpadá sa a vytvára dúhu. Je to tak preto, lebo biele svetlo je zmesou fotónov rôznych energií a čím vyššia je energia fotónu, tým viac sa hranolom vychyľuje. Môžeme teda povedať, že dúha vzniká, pretože fotóny rôznych energií vnímajú ten istý hranol ako majúce odlišné vlastnosti. Po mnoho rokov vedci tušili, že častice rôznych energií v modeloch kvantového vesmíru v podstate cítia rôzne štruktúry časopriestoru.
Fyzici vo Varšave použili kozmologický model obsahujúci iba dve zložky: gravitáciu a jeden typ hmoty. V rámci všeobecnej teórie relativity je gravitačné pole popísané deformáciami časopriestoru, zatiaľ čo hmotu predstavuje skalárne pole (najjednoduchší typ poľa, v ktorom je v každom bode vesmíru obsiahnutá iba jedna hodnota).
"Dnes existuje veľa konkurenčných teórií kvantovej gravitácie." Preto sme náš model formulovali najobecnejšie, aby sme ho mohli použiť na ktorýkoľvek z nich. Niektorí môžu navrhnúť jeden typ gravitačného poľa - čo v praxi znamená časopriestor - navrhnutý jednou kvantovou teóriou, iný zas iný. Niektoré matematické operátory v modeli sa zmenia, ale nie povaha javov, ktoré sa v nich vyskytujú, “hovorí Andrea Dapor, študentka na varšavskej univerzite.
„Tento výsledok je úžasný. Začíname fuzzy svetom kvantovej geometrie, kde je dokonca ťažké povedať, čo je čas a čo je priestor, ale zdá sa, že javy, ktoré sa vyskytujú v našom kozmologickom modeli, sa vyskytujú v bežnom časopriestore, “hovorí ďalší diplomovaný študent Mehdi Assaniussi.
Veci boli ešte zaujímavejšie, keď sa fyzici pozreli na excitácie skalárneho poľa, ktoré sa interpretovali ako častice. Výpočty ukázali, že na tomto modeli častice, ktoré sa líšia z hľadiska energie, interagujú s kvantovým časopriestorom iným spôsobom - rovnako ako fotóny s rôznymi energiami interagujú odlišne s hranolom. To znamená, že aj efektívna štruktúra klasického časopriestoru je jednotlivými časticami vnímaná rôzne, v závislosti od ich energie.
Vzhľad obyčajnej dúhy možno opísať pomocou indexu lomu, ktorého veľkosť závisí od vlnovej dĺžky svetla. V prípade podobnej dúhy časopriestoru sa navrhuje podobný vzťah: funkcia beta, miera stupňa rozdielu vo vnímaní klasického časopriestoru rôznymi časticami. Táto funkcia odráža stupeň neklasicity kvantového časopriestoru: v podmienkach blízkych klasickým má tendenciu k nule, zatiaľ čo v skutočných kvantových podmienkach má tendenciu k jednote. Teraz je vesmír v klasickom stave, takže hodnota beta sa blíži k nule, fyzici ju odhadujú na nepresahujúcu 0,01. Takáto malá hodnota funkcie beta znamená, že časopriestorová dúha je v súčasnosti veľmi úzka a nemožno ju experimentálne zistiť.
Štúdia teoretických fyzikov na Varšavskej univerzite, financovaná z grantov poľského Národného vedeckého centra, viedla k ďalšiemu zaujímavému záveru. Časopriestorová dúha je výsledkom kvantovej gravitácie. Fyzici sa všeobecne zhodujú, že účinky takého plánu budú viditeľné iba pri gigantických energiách blízkych Planckovej energii, miliónkrát alebo miliardkrát vyšších ako energia častíc, na ktorú sa urýchľuje urýchľovač veľkého hadrónu. Hodnota funkcie beta však závisí od času a v momentoch blízko Veľkého tresku by mohla byť oveľa vyššia. Keď sa beta blíži k nule, časopriestorová dúha sa výrazne zvyšuje. Výsledkom je, že za takýchto podmienok možno potenciálne pozorovať dúhový efekt kvantovej gravitácie aj pri energiách častíc, ktoré sú stokrát nižšie,ako energia protónov v modernom LHC.
Propagačné video: