Kvantumhab

Wheeler számításainak grafikus szemléltetése a Planck-hossz közelében megjelenő kvantumvalóságról

A kvantumhab, más néven téridőhab vagy téridőbuborék a téridő kvantummechanikai alapon feltételezett kvantumfluktuációja. Az elmélet szerint ilyen kis skálán folyamatosan keletkeznek és szűnnek meg az anyag és antianyag részecskéi. E kis szubatomi részecskék virtuális részecskék. Az ötletet John Archibald Wheeler fogalmazta meg 1955-ben.

Háttér

Nem teljes kvantumgravitáció-elmélet esetén nem lehetünk bizonyosak a téridő kis skálájú szerkezetéről. Azonban a téridő alapvető simaságának szükségszerűsége mellett nem szól határozott érv. Lehetséges, hogy ehelyett a gravitáció egy kvantumelmélete szerint a téridő sok kis, folyamatosan változó részből áll, ahol a tér és az idő nem rögzítettek, hanem habszerűen változnak.

John Wheeler azt feltételezte, hogy a határozatlansági reláció értelmében kellően kis távolságok és kellően rövid időtartamok során „a téridő teljes geometriája változik”. E változások lehetnek elég nagyok, hogy jelentős eltéréseket okozzanak a makroszkopikus simaságtól, így a téridő „habosnak” látszik.

Kísérleti eredmények

A – talán virtuális részecskék által okozott – Casimir-hatás kísérleti bizonyítása erős bizonyíték a virtuális részecskék létére. A g–2-kísérlet, mely a müonok és elektronok alkotta mágnesek erejét jelzi elő, szintén alátámasztja létüket.

2005-ben a Markarian 501 blazár kibocsátotta gamma-sugárzásból származó fotonok megfigyelésekor a MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) távcsövei kimutatták, hogy egyes különböző energiaszintű fotonok különböző időben érkeztek, ami alapján egyes fotonok lassabban haladhattak, megsértve a speciális relativitáselmélet tételét, mely szerint a fénysebesség konstans, ez magyarázható a kvantumhab szabálytalanságával. Későbbi kutatások azonban nem tudták megerősíteni a fénysebesség téridő-szemcsézettség miatti feltételezett változását.

Más, távoli gamma-kitörésekből származó fény polarizációját is tartalmazó kísérletek is ellentmondó eredményeket adtak. További földi kísérleteket is végeztek vagy terveztek 2013-ig.

A kvantumfluktuációk méretkorlátai

A kvantumhabra jellemző fluktuációk valószínűleg a Planck-hosszhoz közeli (10−35 m) mérettartományban történnek, de egyes kvantumgravitáció-modellek nagyobb fluktuációkat is előrejeleznek.

A fotonokat a kvantumhab lelassíthatja, ennek mértéke hullámhosszuktól függ. Ez megsértené a Lorentz-invariancia szabályát. Azonban a NASA Goddard Űrközpontjának egy kutatója, Floyd Stecker közeli kvazárok sugárzásának megfigyelésével nem talált bizonyítékot a Lorentz-invariancia sértésére.

A habos téridő korlátozza a távolságmérés pontosságát is, mivel a fotonoknak véletlenszerűen kell diffundálniuk a téridőhabon át a ködön áthatoló fény diffúziójához hasonlóan. Emiatt a távcsővel megfigyelt nagyon távoli objektumok képminősége romlanék. A kvazárok Chandra röntgenobszervatórium, Fermi Gamma-sugár-alapú űrtávcső és VERITAS általi gamma-sugárzás-megfigyelései azonban nem mutattak ki jelentős minőségromlást a legnagyobb távolságok esetén sem, ami alapján a téridő legalább a protonnál 1000-szer kisebb mérettartományig sima, korlátozva a téridő kvantumfluktuációinak méretét.

Kapcsolat más elméletekkel

A vákuumfluktuációk nem olyan vákuumot adnak, melynek energiája, a vákuumenergia nem nulla.

A spinhabelmélet Wheeler koncepciójának kvantitatívvá alakítását célzó modern elmélet.

Jegyzetek

  1. 1 2 Quantum Foam, Don Lincoln, Fermilab, 2014-10-24.
  2. ↑ Wheeler, J. A. (1955. január). "Geons". Physical Review. 97 (2): 511–536. Bibcode:1955PhRv...97..511W. doi:10.1103/PhysRev.97.511.
  3. ↑ Minsky, Carly (2019. október 24.). "The Universe Is Made of Tiny Bubbles Containing Mini-Universes, Scientists Say – 'Spacetime foam' might just be the wildest thing in the known universe, and we're just starting to understand it". Vice. Hozzáférés: 2019. október 24.
  4. ↑ Derek Leinweber QCD-animációi a téridőhabról Wilczek magyarázatával.
  5. ↑ Wheeler, John Archibald; Ford, Kenneth Wilson (2010) [1998]. Geons, black holes, and quantum foam: a life in physics. New York: W. W. Norton & Company. 328. o. ISBN 9780393079487. OCLC 916428720.
  6. ↑ "Gamma Ray Delay May Be Sign of 'New Physics'". 2021. március 3.
  7. ↑ Vasileiou, Vlasios; Granot, Jonathan; Piran, Tsvi; Amelino-Camelia, Giovanni (2015). "A Planck-scale limit on spacetime fuzziness and stochastic Lorentz invariance violation". Nature Physics. 11 (4): 344–346. Bibcode:2015NatPh..11..344V. doi:10.1038/nphys3270.
  8. ↑ Cowen, Ron (2012). "Cosmic race ends in a tie". Nature. doi:10.1038/nature.2012.9768. S2CID 120173051.
  9. ↑ Integral challenges physics beyond Einstein / Space Science / Our Activities / ESA.
  10. ↑ Moyer, Michael (2012. január 17.). "Is Space Digital?". Scientific American. Hozzáférés: 2013. február 3.
  11. ↑ Cowen, Ron (2012. november 22.). "Single photon could detect quantum-scale black holes". Nature News. Hozzáférés: 2013. február 3.
  12. ↑ Hawking, Stephen W. (1978. november). "Spacetime foam". Nuclear Physics B. 144 (2–3): 349–362. Bibcode:1978NuPhB.144..349H. doi:10.1016/0550-3213(78)90375-9.
  13. ↑ "Einstein makes extra dimensions toe the line". NASA. 2019. július 18. dátummal az eredeti címről archiválva. Hozzáférés: 2012. február 9.
  14. ↑ "NASA Telescopes Set Limits on Spacetime Quantum "Foam"". 2015. május 28.
  15. ↑ "Chandra Press Room :: NASA Telescopes Set Limits on Space-time Quantum "Foam":: 28 May 15". chandra.si.edu. Hozzáférés: 2015. május 29.
  16. ↑ "Chandra X-ray Observatory – NASA's flagship X-ray telescope". chandra.si.edu. Hozzáférés: 2015. május 29.
  17. ↑ Perlman, Eric S.; Rappaport, Saul A.; Christensen, Wayne A.; Jack Ng, Y.; DeVore, John; Pooley, David (2014). "New Constraints on Quantum Gravity from X-ray and Gamma-Ray Observations". The Astrophysical Journal. 805 (1): 10. arXiv:1411.7262. Bibcode:2015ApJ...805...10P. doi:10.1088/0004-637X/805/1/10. S2CID 56421821.
  18. ↑ "Chandra :: Photo Album :: Space-time Foam :: May 28, 2015". chandra.si.edu. Hozzáférés: 2015. május 29.
  19. ↑ Baez, John (2006. október 8.). "What's the Energy Density of the Vacuum?". Hozzáférés: 2007. december 18.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Quantum foam című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

További információk