Квантовая пена

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Квантовая пена (также называемая пространственно-временная пена) — понятие в квантовой механике, разработанное Джоном Уилером в 1955 году. Пена задумана в качестве основы ткани Вселенной.[1]

Теория[править | править вики-текст]

В соответствии с принципом неопределенностей квантовой механики и общей теорией относительности, пространство-время в малом масштабе не будет гладким. Согласно теории гравитации, пространство-время будет состоять из множества небольших областей, в которых оно изменяется пенообразным образом.[2]

В квантовой механике, и в частности в квантовой теории поля, принцип неопределенности Гейзенберга допускает возникновение на короткое время частиц и античастиц, которые затем аннигилируют без нарушения физических законов сохранения. Чем меньше масштаб исследуемой пространственно-временной области, тем больше энергия таких частиц, называющихся виртуальными частицами. Объединяя это наблюдение с общей теорией относительности Эйнштейна, можно заключить, что в малых масштабах энергия флуктуаций будет достаточной, чтобы вызвать значительные отклонения от гладкого пространства-времени и придать пространству-времени «пенистый» характер. В соответствии с этим ткань пространства-времени - это кипящая масса червоточин и крошечных виртуальных черных дыр.[3]

Однако, как правило, квантовая теория поля не имеет дело с виртуальными частицами необходимой энергии для значительного изменения кривизны пространства-времени, поэтому квантовая пена является спекулятивным расширением этих понятий, представляющих собой последствия таких высокоэнергетических виртуальных частиц на очень коротких расстояниях и временах.

В связи с отсутствием полноценной теории квантовой гравитации невозможно быть уверенным в том, как пространство-время будет выглядеть в малых масштабах. Понимание квантовой пены неизбежно будет неоднозначным до тех пор, пока существуют конкурирующие предложения[4] по квантовой теории гравитации.

Экспериментальные доказательства (и контрдоказательства)[править | править вики-текст]

Телескопы MAGIC обнаружили, что фотоны гамма-излучения, пришедшие из BLAZAR Маркорьяна 501, прибыли в разное время. Исследователи отсортировали гамма-кванты высокой и низкой энергии, поступающие с объекта с каждой вспышкой. Команда MAGIC показала, что высоко- и низкоэнергетические фотоны, по-видимому, излучались в одно и то же время. Но фотоны высоких энергий прибыли на четыре минуты позже, пройдя через пространство около 500 миллионов лет. Предполагается, что высокоэнергетические фотоны перемещались более медленно, что противоречит теории постоянства скорости света в теории относительности Эйнштейна. Это можно объяснить неоднородностью квантовой пены[5]. Однако, более поздние эксперименты не смогли подтвердить предполагаемое изменение скорости света, обусловленное зернистостью пространства.[6][7]

Другие эксперименты с участием поляризации света от далеких гамма-всплесков также дали противоречивые результаты[8]. Наземные эксперименты продолжаются[9] или будут продолжены[10].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Wheeler, J. A. (January 1955). «Geons». Physical Review 97 (2): 511. DOI:10.1103/PhysRev.97.511. Bibcode1955PhRv...97..511W.
  2. Quantum foam. New Scientist.
  3. Новиков И.Д., Фролов В.П. Физика черных дыр — Москва, Наука, 1986, с.296—298
  4. Ли Смолин. Атомы пространства и времени
  5. Gamma Ray Delay May Be Sign of 'New Physics' // ucdavis.edu, September 28, 2007 (англ.)
  6. DOI:10.1038/nature.2012.9768, 10 January 2012
  7. DOI:10.1038/nphys3270, 10 August 2014
  8. Integral challenges physics beyond Einstein // ESA (англ.)
  9. Moyer, Michael. Is Space Digital?:, Scientific American (17 January 2012). Проверено 3 февраля 2013.
  10. Cowen, Ron. Single photon could detect quantum-scale black holes, Nature News (22 November 2012). Проверено 3 февраля 2013.