Naukowcy korzystający z obserwatorium rentgenowskiego Chandra, satelity Fermi obserwującego niebo w promieniach Gamma oraz zespołu detektorów Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array (VERITAS) obserwowali w wysokich energiach niektóre z najdalszych znanych nam obiektów we Wszechświecie. Celem było jeszcze lepsze zrozumienie natury naszej czasoprzestrzeni. Badania te nakładają pewne ograniczenia na jej parametry w najmniejszej możliwej skali.
Na bardzo małych przestrzeniach i interwałach czasowych czasoprzestrzeń Kosmosu wydaje się być gładka, pozbawiona jakichkolwiek struktur. Jednak pewne aspekty mechaniki kwantowej – nauki uważanej za dość dobrze opisującą Wszechświat w małej skali - na poziomie subatomowym – taka czasoprzestrzeń wcale nie jest gładka. Wprost przeciwnie, zdaje się mieć strukturę podobną do piany lub gąbki, z mnóstwem szybkozmiennych obszarów, w których czas i przestrzeń nie są dobrze zdefiniowanie, ale fluktuują.
Jeden z czołowych naukowców projektu, Eric Perlman z Florida Institute of Technology w Melbourne, opisuje to tak: “Pianę kwantową można zrozumieć w sposób następujący. Jeśli lecisz na oceanem, wygląda on z góry na całkiem gładki, gdy jednak gdy Twój samolot zaczyna się nad nim zniżać, dostrzegasz powoli fale, a gdy zbliżysz się jeszcze bardziej, także małe, fluktuujące bąble wody.”
Przewidywana przez teoretyków skala rozmiarów struktur piany czasoprzestrzennej to mniej więcej dziesięć razy jedna miliardowa średnicy jądra atomu wodoru, zatem nie sposób jej zmierzyć metodami bezpośrednimi – poprzez obserwacje, np. mikroskopem. Jednak jeśli założymy, że taka struktura faktycznie istnieje, pojawią się pewne ograniczenia na dokładność możliwości zmierzenia odległości w małych skalach, ponieważ rozmiar wielu takich „bąbli kwantowych” fluktuuje, gdy biegnie przez nie światło. W zależności od przyjętego modelu czasoprzestrzeni te niepewności pomiarowe powinny razem składać się na całkiem różne tempa poruszania się światła na dużych kosmicznych odległościach.
Naukowcy wykorzystują więc wysokoczęstotliwościowe obserwacje bardzo odległych od nas kwazarów, czyli bardzo jasnych jąder galaktyk, na które materia opada w procesie akrecji na czarną dziurę, powodując wyzwalanie się ogromnych zasób jej energii. Takie obserwacje dają nam możliwość testowania różnych modeli piany kwantowej. Autorzy cytowanej tu publikacji przewidywali, że taka akumulacja efektów wynikających z niepewności pomiaru prędkości podróży światła na dystansach rzędu miliardów lat świetlnych może spowodować, że pewne obiekty staną się na skutek odkształceń obrazu niedostrzegalne. Częstotliwość, na jakiej to ma miejsce, zależy przy tym silnie od przyjętego modelu piany.
Obserwacje rentgenowskie i Gamma dowodzą jednak, że na chwilę obecną można całkiem wykluczać jeden z modeli – taki, w którym fotony losowo dyfundują przez pianę czasoprzestrzeni, w sposób podobny do procesów rozpraszania światła we mgle. Wykrycie odległych kwazarów na krótkich falach promieniowania Gamma przez satelitę Fermi i jeszcze na mniejszych długościach fal z VERITAS zdaje się dowodzić, że można wykluczyć także tzw. holograficzny model z mniejszą skalą dyfuzji.
Może to więc oznaczać, że czasoprzestrzeń jest mniej „pienista” niż przewidują niektóre modele. Dane zebrane na falach rentgenowskich i Gamma pokazują, że jest ona gładka aż do odległości 1000 razy mniejszych niż jądro atomu wodoru.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł: E. Perlman et al., New Constraints on Quantum Gravity from X-Ray and Gamma-Ray Observations
Źródło: Astronomy.com
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
(Tekst ukazał się pierwotnie w serwisie edukacyjnym PTA Orion, którego zasoby zostały włączone do portalu Urania)
Na zdjęciu: Wysokoczęstotliwościowe obserwacje odległych kwazarów w promieniach X i gamma wykorzystuje się do testowania modeli kosmologicznych w bardo niewielkich skalach. Pewne modele przewidują istnienie drobnych bąbli czasoprzestrzennych, o wiele mniejszych nawet od rozmiarów jądra atomowego. Taka „piana czasoprzestrzeni” jest niemożliwa do bezpośrednich obserwacji, ale można użyć pewnych modeli teoretycznych bo dania jej hipotetycznych własności. Źródło: NASA/CXC/FIT/E.Perlman et al, Illustration: NASA/CXC/M.Weis
