FoodPro Preloader

Hvis Spacetime var en superfluid, ville det forene fysikk-eller er teorien all våt?


Lys fra Krabbe Nebula (vist her i et Hubble Space Telescope-bilde) begrenser mulighetene for væsketid. Hvis spacetime er som en væske-et konsept sier noen fysikere kan bidra til å løse en forstyrrende uenighet mellom to dominerende teorier i fysikk-det må være en veldig spesiell væske faktisk. En ny

Lys fra Krabbe Nebula (vist her i et Hubble Space Telescope-bilde) begrenser mulighetene for væsketid.

Hvis spacetime er som en væske-et konsept sier noen fysikere kan bidra til å løse en forstyrrende uenighet mellom to dominerende teorier i fysikk-det må være en veldig spesiell væske faktisk. En nylig studie sammenlignet astrofysiske observasjoner med spådommer basert på begrepet fluid spacetime, og fant ideen bare fungerer hvis romtid er utrolig jevn og fritt flytende - med andre ord, en superfluid.
Å tenke på mellomrom som væske kan være en nyttig analogi. Vi viser ofte plass og tid som grunnleggende bakgrunner til universet. Men hva om de ikke er grunnleggende, og bygget i stedet for mindre ingredienser som eksisterer på et dypere lag av virkelighet som vi ikke kan fornemme? Hvis det var tilfelle, ville romtidens egenskaper "komme" ut fra den underliggende fysikken til dets bestanddeler, akkurat som vannets egenskaper kommer fra partiklene som består av det. "Vann er laget av diskrete, individuelle molekyler, som interagerer med hverandre i henhold til kvantemekanikkens lov, men flytende vann ser kontinuerlig og flytende og gjennomsiktig og brytes, " forklarer Ted Jacobson, fysiker ved University of Maryland, College Park . "Disse er alle" fremvoksende "egenskaper som ikke finnes i de enkelte molekylene, selv om de til slutt kommer fra egenskapene til disse molekylene."
Fysikere har vurdert denne muligheten siden 1990-tallet i et forsøk på å forene den dominerende tyngdeorienteringen på en storskala-generell relativitet - med teorien om de aller minste bitene i universekvantemekanikken. Begge teoriene ser ut til å virke perfekt innenfor sine respektive domener, men konflikter med hverandre i situasjoner som kombinerer store og små, som for eksempel svarte hull (ekstremt stor masse, ekstremt lite volum). Mange fysikere har forsøkt å løse problemet ved å "kvantisere" tyngdekraften - dele den i mindre biter, akkurat som kvantemekanikk bryter ned mange mengder, som partikkelens energinivå, i diskrete pakker. "Det er mange forsøk på å kvantifisere tyngdekrafts-teorien, og kretsens tyngdekraft er alternative tilnærminger som både kan hevde å ha gått bra fremover, sier Stefano Liberati, fysiker ved International School for Advanced Studies (SISSA) i Trieste, Italia. "Men kanskje trenger du ikke å kvantisere tyngdekraften; Du må kvantisere dette grunnleggende objektet som gjør tidsrom. "
Liberati, sammen med sin kollega Luca Maccione ved Ludwig Maximilian University i München, undersøkte nylig hvordan den ideen ville påvirke lys som beveger seg gjennom universet. Et fremvoksende tidsrom, en som fungerte som et væske, ville ikke umiddelbart skille seg fra mellomtiden for en hvilken som helst annen teori. Men i ekstreme situasjoner, som for svært energiske lyspartikler, fant Liberati og Maccione at noen forskjeller ville være merkbare. Faktisk, ved å undersøke observasjoner av høyenergimikroner som flyr over universet fra krabbe-nebulaen, kunne fysikerne utelukke bestemte versjoner av fremvoksende tidsrom og fant ut at hvis det er en væske i det hele tatt, må det være superfluid. Forskerne publiserte sine resultater i 14. april fysiske gjennomgangsbrevene .
I denne analogien ville partiklene reise gjennom romtid som bølger i et hav, og lovene for væskemekanikk-kondensert materie-fysikk ville gjelde. Tidligere hadde fysikere vurdert hvordan partikler av forskjellige energier ville spre seg i romtid, akkurat som bølger av forskjellige bølgelengder sprer seg, eller reiser med forskjellige hastigheter, i vann. I den siste studien tok Liberati og Maccione hensyn til en annen væskeeffekt: spredning. Når bølger reiser gjennom et medium, mister de energi over tid. Denne dempingseffekten vil også skje med fotoner som går gjennom tidsrom, fant forskerne. Selv om effekten er liten, skal høy-energi fotoner som reiser veldig lange avstander, miste en merkbar mengde energi, sier forskerne.
Et eksempelt eksempel er Krabbe Nebula, en supernova restant om 6.500 lysår fra Jorden som utsender høy-energi røntgen og gamma-ray lys. Når dette lyset kommer til våre teleskoper, burde energien ha forsvunnet noe hvis romtid har flytende egenskaper. Observasjoner av krabbe-nebulaen viser imidlertid ikke noe tegn på en slik effekt. "Vi viser at spekteret vil bli sterkt påvirket av dette energitapet, selv om det er en svært liten effekt, fordi den reiser så lenge, " sier Liberati. Mangelen på et dissipationssignal tillot forskerne å sette sterke begrensninger på væskeffekter som kunne være tilstede i tidsrom, og viser at de må være svært små hvis de er til stede i det hele tatt. "Dette forteller deg ikke at denne ideen er helt utelukket, " sier Liberati. Funnene begrenser imidlertid mulighetene for flytende tidsrom til bare væsker med svært lave viskositeter som forårsaker nesten ingen dempnings-superfluider.
Til og med tilhengere av væskenavstandstidsidéen sier at konseptet ikke er veldig populært, og kanskje ikke sannsynlig. Men kan det være sant? «Jeg har absolutt ingen ide, » sier Renaud Parentani, fysiker ved Universitetet i Paris-Sud, som opprinnelig foreslo ideen om å vurdere utslippseffekter. "Min oppriktige oppfatning er at ingen har noen ide. Alt vi kan gjøre, er å modellere de ulike mulighetene. "
Hvis det er sant at romtid er superfluid og at fotoner av forskjellige energier beveger seg i forskjellige hastigheter eller sprer seg over tid, betyr det at relativitet ikke holder i alle situasjoner. En av de viktigste relativitetstiltakene, Lorentz invariance, sier at lysets hastighet er uendret, uavhengig av observatørens referanseramme. "Muligheten for at spacetime som vi vet det kommer fra noe som bryter relativitet er en ganske radikal, " sier Jacobson. Det klargjør imidlertid en potensiell vei mot å rette opp noen av problemene som oppstår når man prøver å kombinere relativitet og kvantemekanikk. "Violerende relativitet ville åpne opp muligheten for å eliminere uendelige mengder som oppstår i dagens teori og som synes å være usannsynlig å være fysisk korrekte."
Så hvis spacetime er en overflødig, så er det surfe opp for teoretiske fysikere.

Anbefalt


Smart Termostater overvinne brukereEtanol Ordningen for å rense luft i milliarder av kjøkken går opp i røykDatamusens opprinnelseBetal for hva som fungererArbeid det: Mer aktivitet = Senere aldringFordeler med kutting av drivhusgasser er ikke tydelig i flere tiårNanoparticles hjem på hjernekreftResuscitating Atomic Airplane: Flying på en fløy og en isotop