Šviesos kelionė į Žemę iš tolimų galaktikų gali būti ne tokia jau glotni. Teorinė Visatos charakteristika „kvantų putos“ (KP) labai mažu masteliu gali sušiurkštinti erdvę ir laiką bei padaryti juos chaotiškus. Kai kurie modeliai rodo, kad mokslininkai galėtų išvysti šių putų poveikį didelėje, labai toli keliavusių fotonų grupėje.
Tyrėjų grupė nusprendė pabandyti įžvelgti KP ženklus galingais teleskopais ant žemės ir kosmose surinktoje šviesoje. Nors tiesioginių KP įrodymų nerasta, tyrėjai atmetė dvi galimas jų elgesio teorijas ir nubrėžė naujas jų dydžio ribas.
Burbulinė Visata
Mūsų regima Visata sudaryta iš trijų erdvės ir vieno laiko matmenų, drauge sudarančių vieną audinį, kurį Albertas Einsteinas pavadino erdvėlaikiu. Tokiems dalykams, kaip žmonės, planetos ir bet kas, didesnis už atomą, erdvėlaikis yra glotnus. Dideli objektai juda juo kaip automobilis šviežiai nutiestu keliu.
Tačiau labai, labai mažu masteliu Visata gali būti burbuliuojanti, putota ir nuolat kintanti. Tai teorinis Visatos bruožas, vadinamosios kvantinės putos.
„Apie erdvėlaikio putas galima galvoti, įsivaizduojant, kad skrendate virš vandenyno lėktuvu – skrydis atrodo visiškai glotnus, – sakė Ericas Perlmanas, fizikos ir kosmoso mokslų profesorius Floridos Technologijų institute ir naujojo tyrimo pagrindinis autorius. – Tačiau jei nusigautumėte žemyn išvystumėte bangas, o dar arčiau – putas su nepastoviais mažais burbulais.“
Vandenynu plaukianti valtis jokio juntamo putų poveikio neužfiksuotų, bet jis gali pasireikšti labai mažiems objektams. Perlmano ir kolegų nauju tyrimu siekta stebėti KP poveikį šviesos dalelėms.
Iškraipymų paveikslas
KP sukurti gumbai ir burbulai nėra kliūtys fotonų kelyje; tai – pokyčiai realybės audinyje, per kurį sklinda fotonai. Jei KP neegzistuoja, tada du fotonai iš taško A gali keliauti tuo pačiu lygu keliu į tašką B. Bet jei KP egzistuoja ir nuolat keičia realybės audinį, tada du fotonai iš esmės keliautų tarp šių dvejų taškų šiek tiek skirtingai, sakė E.Perlmanas interviu Space.com.
Kai kurie KP modeliai spėja, kad dėl šio poveikio fotonų fazės nebesutaptų, o tai iš esmės gali iškreipti kosmoso objektų vaizdus stebėtojui Žemėje.
„Tai tas pat, lyg bandytumėte klausytis garsiakalbių, kurių fazės nesutampa, skleidžiamo garso. Girdėtumėte triukšmą“, – sakė E.Perlmanas.
Jis su kolegomis ėmėsi ieškoti tokių iškraipymų labai tolimų galaktikų, vadinamų kvazarais, vaizduose (kai kurie KP modeliai taip pat spėja, kad efektas turėtų būti tuo ryškesnis, kuo toliau nuskriejo šviesa). Šie kvazarai taip pat yra vieni ryškiausių Visatos objektų. Kvazaro centre yra supermasyvi juodoji bedugnė (JB), apsupta daugybės dujų, dulkių ir kitos medžiagos. Į JB traukiama materija spinduliuoja daugiau šviesos nei visos tos galaktikos žvaigždės.
Komanda sukūrė kompiuterinę simuliaciją, parodžiusią, kaip KP turėtų pakeisti kvazarų stebėjimus teleskopais Žemėje. Tada palygino šiuos duomenis su tikrais trijų galingų teleskopų vaizdais: „Chandra“ rentgeno spindulių observatorijos, „Fermi“ gama spindulių kosminio teleskopo ir labai energingo spinduliavimo stebėjimo teleskopų masyvo VERITAS.
Teleskopais užfiksuotuose vaizduose nebuvo matyti tyrėjų tikrintų dviejų KP modelių numatomų iškraipymų ar išsiliejimo. Anot jų, tai rodo, kad modeliai yra klaidingi.
„Chandra“ duomenys atmetė vieną modelį, kuris, mūsų manymu, jau ir anksčiau neatrodė itin tikėtinas – vadinamasis atsitiktinio ėjimo modelis, – sakė E.Perlmanas. – „Fermi“ ir VERITAS duomenys atmetė kitą modelį, kuris mums neatrodė nepatikimas ir tai yra holografinis modelis.“
Tad nauji rezultatai rodo, kad erdvėlaikis glotnus bent jau didesniu nei viena tūkstantoji protono diametro masteliu (nors dauguma modelių prognozuoja, kad KP veikia daug mažesniu masteliu).
Yra dar vienas KP modelis. Pagal jį iškraipymo efektai, didėjant atstumui, nestiprėja. Tai reiškia, kad žvalgymasis į tolimus kvazarus mokslininkams nepadės aptikti KP įrodymų. Kol kas tai atrodo vienintelis galimas modelis, rašė E.Perlmanas „Chandra“ observatorijos tinklaraštyje.
Trūkstama dėlionės detalė
Giovanni Amelino-Camelia, fizikos teoretikas iš Sapienza universiteto Romoje, e. laiške rašė, kad KP ribų nustatymas yra itin svarbus, o E.Perlmaną ir jo kolegų grupę vadino itin stipria: „Jų darbą labai vertinu.“
Tačiau jis įspėjo, kad dėl įvairių apribojimų KP tyrimuose naudojami modeliai yra grubūs, tad gautus rezultatus reikėtų interpretuoti labai atsargiai.
KP idėja kilo, stengiantis išspręsti vieną iš didžiausių dabartinės fizikos mįslių: kaip apjungti bendrąjį reliatyvumą (gravitacijos teoriją) ir kvantų mechaniką.
„Tiek kvantų mechanikos, tiek ir bendrojo reliatyvumo teorijos labai sėkmingos. Tai – du didžiausi modernios fizikos pasiekimai per pastarąjį šimtmetį, – pabrėžė E.Perlmanas. – Tačiau dėl kažkokios nesuprantamos priežasties bandyti aprašyti gravitaciją kvantų mechanikos kalba labai sunku. Kol kas to padaryti niekam nepavyko.“
Kvantų putos galėtų būti vienas iš trūkstamų dėlionės gabalėlių, sujungiantis didelius (gravitacija) ir mažus (kvantai). Bet kol kas neaišku, kaip mokslininkai galėtų įrodyti tokių neįtikėtinai mažų Visatos bruožų egzistavimą.
