Amikor a fehér fény áthalad egy prizmán, a másik végén a szivárvány gazdag színpalettát mutat. A Varsói Egyetem Fizikai Karának teoretikusai kimutatták, hogy az Univerzum bármilyen kvantum gravitációs elméletét alkalmazó modelljeinek rendelkeznie kell egyfajta "szivárvánnyal" is, amely a tér-idő különböző verzióiból áll. Ez a mechanizmus azt jósolja, hogy egyetlen és közös téridő helyett a különböző energiájú részecskéknek ennek kissé megváltozott változatait kell megtapasztalniuk.
Valószínűleg mindannyian láttuk már a kísérletet: amikor a fehér fény áthalad egy prizmán, akkor szivárvány képződik. A fehér fény ugyanis különböző energiájú fotonok keveréke, és minél nagyobb a fotonenergia, annál jobban eltéríti a prizma. Így azt mondhatjuk, hogy szivárvány azért merül fel, mert a különböző energiájú fotonok ugyanazt a prizmát érzékelik, mint különböző tulajdonságokkal. Sok éven át a tudósok azt gyanították, hogy a kvantumuniverzum modelljeiben a különböző energiájú részecskék lényegében érzékelik a téridő különböző struktúráit.
A varsói fizikusok kozmológiai modellt használtak, amely csak két komponenst tartalmaz: a gravitációt és az egyik típusú anyagot. Az általános relativitáselmélet keretein belül a gravitációs teret a tér-idő deformációi írják le, míg az anyagot skaláris mező (a legegyszerűbb mezőtípus, amelyben a tér minden pontjában csak egy érték rejlik).
„A kvantumgravitációnak ma számos versengő elmélete létezik. Ezért a legáltalánosabban fogalmaztuk meg modellünket, hogy bármelyikre alkalmazható legyen. Vannak, akik az egyik kvantumelmélet szerint a gravitációs mező egyik típusát javasolják - ami a gyakorlatban téridőt jelent -, a másik pedig egy másikat. A modell egyes matematikai operátorai megváltoznak, de a bennük előforduló jelenségek jellege nem.”- mondja Andrea Dapor, a Varsói Egyetem végzős hallgatója.
„Ez az eredmény elképesztő. Kezdjük a kvantumgeometria homályos világával, ahol még azt is nehéz megmondani, hogy mi az idő és mi a tér, de a kozmológiai modellünkben előforduló jelenségek a hétköznapi téridőben jelentkeznek."
A dolgok még érdekesebbé váltak, amikor a fizikusok skaláris mező gerjesztéseket néztek, amelyeket részecskékként értelmeztek. A számítások kimutatták, hogy ebben a modellben az energia szempontjából különbözõ részecskék más módon hatnak egymással a kvantum tér-idõvel - ahogyan a különbözõ energiájú fotonok is eltérõen hatnak a prizmával. Ez azt jelenti, hogy az egyes részecskék még a klasszikus téridő hatékony szerkezetét is eltérő módon érzékelik, energiájuktól függően.
A közönséges szivárvány megjelenése a törésmutatóval írható le, amelynek nagysága a fény hullámhosszától függ. A téridő hasonló szivárványa esetén hasonló összefüggést javasolnak: a béta funkciót, a különböző részecskék által a klasszikus téridő észlelésében mutatkozó különbség mértékét. Ez a függvény tükrözi a kvantum téridő nem klasszikus jellegét: a klasszikushoz közeli körülmények között nullára, míg valóban kvantumos körülmények között egységre törekszik. Most az Univerzum klasszikus jellegű állapotban van, tehát a bétaérték közel nulla, fizikusok szerint ez nem haladja meg a 0,01-et. A bétafunkció ilyen kis értéke azt jelenti, hogy a téridő szivárvány jelenleg nagyon keskeny, és kísérletileg nem mutatható ki.
A Varsói Egyetem elméleti fizikusainak tanulmánya, amelyet a Lengyel Nemzeti Tudományos Központ támogatásaiból finanszíroztak, újabb érdekes következtetésre vezetett. A téridő szivárvány a kvantum gravitáció eredménye. A fizikusok általában egyetértenek abban, hogy egy ilyen terv hatása csak a Planck-energiához közeli gigantikus energiákon lesz látható, több millió vagy milliárdszor nagyobb, mint a részecske energia, amelyhez a nagy hadron ütköző most gyorsul. A béta funkció értéke azonban időtől függ, és az Nagy Bummhoz közeli pillanatokban sokkal magasabb lehet. A béta nullához közeledésével az idő-tér szivárvány jelentősen megnő. Ennek eredményeként, ilyen körülmények között a kvantum gravitáció szivárvány hatása akár több százszor kisebb részecske energiáknál is megfigyelhető,mint a modern LHC protonjainak energiája.
Promóciós videó: