Au Rupt Fizica Teoretică Trei Micți Fotoni?

{h1}

Un trio de fotoni emis acum șapte miliarde de ani dintr-o explozie de raze gamma amenință că arunca decenii de cercetări de către fizicieni teoretici.

Acum șapte miliarde de ani, trei călători cosmici au pornit împreună într-o călătorie epică pe Pământ. Tocmai au sosit și aduc vești despre cei dincolo. Povestea lor surprinzătoare ar putea răsturna decenii de muncă ale fizicienilor teoretici.

Dar mai întâi, o introducere: Oamenii de știință s-au întrebat de mult despre natura spațiului și a timpului. Albert Einstein a conceput cele două concepte ca o țesătură împletită care se extinde lin și continuu în tot universul, deformându-se sub greutatea materiei pe care o conține. Netezimea acestei țesături întinse „spațiu-timp” înseamnă că, indiferent cât de atent îl inspectează, nu apare nicio structură de bază. Materialul este complet pur chiar și la solzi infinitesimale.

Înfășurarea din această imagine a unei țesături de spațiu-timp este că nu intră cu mecanica cuantică, setul de legi care descrie comportamentul bizar al particulelor subatomice. Pentru a explica interacțiunile gravitaționale între planete și stele, teoria lui Einstein funcționează frumos; dar încercați să descrieți quark-uri sau electroni care se fixează pe o țesătură fără structură elementară, iar ecuațiile se îndreaptă spre prostii.

„Teoriile moderne despre tot” încearcă să concilieze imaginea de ansamblu a lui Einstein asupra universului, construit din spațiu-timp, cu imaginea la scară mică a universului descrisă de mecanica cuantică. Cele mai multe dintre aceste teorii, numite colectiv „gravitația cuantică”, consideră că spațiul-timp nu trebuie să fie lin până la urmă, ci trebuie să fie format din blocuri de clădiri discrete, invizibil de mici - de genul pixelilor 3D sau ceea ce oamenii de știință au numit un " spumă."

Dar adevărat sau nu, astfel de pixeli spațiu-timp păreau să fie în permanență la îndemâna omului. Din motive care au legătură cu incertitudinea care există în locațiile particulelor, teoriile sugerează că pixelii ar trebui să măsoare dimensiunea „lungimii Planck” sau aproximativ o miliardime a miliardime a diametrului unui electron. Cu dovezile cheie pentru gravitația cuantică îngropată la o scară atât de inaccesibilă, fizicienii au pierdut modul în care își pot confirma sau respinge ideile.

Apoi, o lucrare publicată acum 15 ani în revista Nature propunea o metodă ingenioasă de detectare a pixelilor spațiu-timp. Giovanni Amelino-Camelia, fizician teoretic la Universitatea Sapienza din Roma, și colegii au declarat că blocurile de construcție ale spațiului-timp ar putea fi descoperite indirect observând modul în care lumina de diferite culori se dispersează pe măsură ce călătorește prin pixeli în călătoria sa prin univers. la fel cum lumina se răspândește în lungimile sale de undă componente atunci când trece prin structura cristalină a unei prisme. Atâta timp cât unul este sigur că toți fotonii, sau particulele de lumină, și-au părăsit sursa în același timp, măsurând cât de mulți fotoni de diferite lungimi de undă răspândite în timpul navei lor pe Pământ ar dezvălui prezența și dimensiunea pixelilor pe care trecut prin.

Astfel de studii nu au fost realizabile până acum.

„Foarte puțini dintre noi sugerează că structura spațiului-timp ar putea fi detectată, iar acum 15 ani mai târziu faptele ne dovedesc dreptate”, a declarat Amelino-Camelia pentru Micile mistere ale vieții. [Top 10 cele mai ciudate lucruri în spațiu]

Burst of light

În urmă cu șapte miliarde de ani, la 7 miliarde de ani lumină, o explozie de raze gamma a trimis un spațiu de fotoni care sfâșiau în spațiu. Unii dintre ei s-au îndreptat spre Pământ.

Izbucnirile de raze gamma apar atunci când o stea rotativă extrem de masivă se prăbușește în sine, eliberând în mai puțin de un minut cantitatea de energie cât soarele nostru va radia în întreaga sa viață de 10 miliarde de ani. Aceste unde de șoc ale razelor gamma și ale altor fotoni energici sunt cele mai strălucitoare evenimente din univers. Când s-au produs explozii de raze gamma în galaxia Calea Lactee, oamenii de știință speculează că ar fi putut modifica climatul Pământului și au provocat stingeri de masă. Din fericire, exploziile sunt atât de rare încât de obicei apar la o distanță sigură distanță - suficient de departe încât doar o ceață ușoară de fotoni ajunge pe planeta noastră. Telescopul spațial al ramei Gamma de la NASA a fost lansat pe orbită în 2008 pentru a scana cerul pentru aceste misturi de unde de șoc trecute.

Robert Nemiroff, astrofizician la Universitatea Tehnologică din Michigan, și colegii săi au analizat recent datele dintr-o explozie de raze gamma detectate de telescopul Fermi în mai 2009.

"Inițial căutam altceva, dar am fost izbiți când doi dintre fotoni cu cea mai mare energie din această explozie detectată cu raze gamma au apărut într-o singură milisecundă", a declarat Nemiroff pentru micile mistere ale vieții. Când fizicienii au analizat mai atent datele, au găsit un al treilea foton cu raze gamma într-o milisecundă din celelalte două.

Modelele de calculator au arătat că este foarte puțin probabil ca fotonii să fi fost emiți de diferite rafale de raze gamma sau de aceeași explozie în momente diferite. În consecință, „ni s-a părut foarte probabil că acești trei fotoni au călătorit prin mare parte a universului împreună fără a se dispersa”, a spus Nemiroff. În ciuda faptului că au energii ușor diferite (și astfel, lungimi de undă diferite), cei trei fotoni au rămas în companie extrem de strânsă pe durata călătoriei lor maraton pe Pământ.

Multe lucruri - de ex. stele, praf interstelar - ar fi putut dispersa fotonii. "Dar nimic din ceea ce știm nu poate dis-dispersa fotonii cu raze gamma", a spus Nemiroff. "Așadar, concluzionăm că acești fotoni nu au fost dispersați. Deci, dacă nu ar fi dispersați, atunci universul i-ar fi lăsat în pace. Deci, dacă universul ar fi format din spumă cuantică la scară Planck, conform unor teorii, nu ar fi părăsit acestea fotoni singuri. Deci, aceste tipuri de spume cuantice la scară Planck nu există. "

Cu alte cuvinte, sosirea aproape simultană a fotonilor indică faptul că spațiul-timp este lin, așa cum sugera Einstein, mai degrabă decât pixelat așa cum necesită teoriile moderne - cel puțin până la puțin sub scala lungimii Planck, o scară mai mică decât a fost vreodată sondat anterior. Constatarea "se apropie de a demonstra [că spațiul-timp este lin] pentru anumite game de parametri", a spus Nemiroff.

Constatarea, publicată în iunie în revista Physical Review Letters, amenință să-i retragă pe fizicienii teoretici în urmă cu câteva decenii, prin casarea unei întregi clase de teorii care încearcă să împace teoria lui Einstein cu mecanica cuantică. Însă nu toată lumea este gata să redea gravitația cuantică. [Top 3 întrebări Oamenii adresează un astrofizician (și răspunsuri)]

Alte efecte?

"Analiza raportată de Nemiroff și colab. Este foarte frumoasă și o confirmare izbitoare că aceste studii asupra structurii pe scară Planck a spațiului-timp pot fi făcute, așa cum au sugerat unii dintre noi cu mult timp în urmă", a spus Amelino-Camelia, un inițiator al ideea că razele gamma ar putea dezvălui blocurile de construcție ale spațiului-timp. „Dar afirmația că analiza lor demonstrează că spațiul-timp este„ lin cu acuratețe la scară Planck ”este destul de naivă.”

Pentru a demonstra că pixelii la scară Planck nu există, cercetătorii ar trebui să excludă posibilitatea ca pixelii să disperseze fotonii în moduri care nu depind într-un mod simplu de lungimile de undă ale fotonilor. Pixelii ar putea exercita influențe „mai patratice” mai subtile, de exemplu, sau ar putea avea un efect numit birefringență care depinde de polarizarea particulelor de lumină. Nemiroff și colegii săi ar trebui să excludă acele și alte posibilități. Pentru a dovedi că fotonul trio nu a fost un fluke, rezultatele ar necesita apoi o confirmare independentă; trebuie observat un al doilea set de fotoni simultan cu raze gamma cu proprietăți similare cu primul.

Dacă toate acestea se vor realiza, Amelino-Camelia a spus, „cel puțin pentru unele abordări ale problemei gravitației cuantice, va fi într-adevăr un caz de întoarcere pe tabloul de desenare”.

Urmează Natalie Wolchover pe Twitter @nattyover sau Life's Little Mysteries @llmysteries. De asemenea, suntem pe Facebook și Google+.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Știința Din Spatele Cutremurului Din Noua Zeelandă
Știința Din Spatele Cutremurului Din Noua Zeelandă

Cum Funcționează Seal-Urile Marinei - #2
Cum Funcționează Seal-Urile Marinei - #2

Cine Este Antihristul?
Cine Este Antihristul?

Cum Funcționează Motoarele Cu Abur
Cum Funcționează Motoarele Cu Abur

Abuzul De Droguri Cu Prescripție Rampantă Solicită Noi Controale (Op-Ed)
Abuzul De Droguri Cu Prescripție Rampantă Solicită Noi Controale (Op-Ed)


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com