NASLEDNJE
Eden največjih izzivov v sodobni fiziki je najti enotno ali "enotno" teorijo, ki bi lahko opisala vse zakone narave v enem samem okviru. Tisto, ki povezuje dve veliki (in nezdružljivi) teoriji, ki ju danes znanstveniki uporabljajo za razumevanje resničnosti: Einsteinovo splošno relativnost, ki opisuje vesolje v velikem obsegu; in kvantna mehanika, ki opisujeta naš svet na atomski ravni. Zakaj se ti dve uspešni teoriji ujemata, je ena največjih skrivnosti, s katerimi se sooča znanost.
Če bo potrjena, bo ta teorija 'kvantnega snemanja' vključevala tako makroskopski kot mikroskopski opis realnosti, naša pa bi dala tudi globok vpogled v pojave, ki so danes nedostopni, kot so črne luknje ali trenutek, ko je nastalo vesolje.
Toda kako ga dobiti? Skoraj stoletje so generacije fizikov neuspešno poskušale ugotoviti, zakaj zakoni, ki veljajo na področju zelo majhnega, ne 'delujejo' v makroskopskem svetu okoli nas in obratno. Zdaj je skupina raziskovalcev s Tehnološke univerze Chalmers na Švedskem skupaj z ameriškim MIT objavila članek v 'Nature Communications', v katerem predlagajo, da se gravitacija, sila, ki je prevladovala v vesolju, pojavlja v velikem obsegu. pravzaprav iz kvantnega sveta. Da bi prišli do tega izjemnega zaključka, so se raziskovalci zatekli k napredni matematiki in tako imenovanemu "holografskemu principu".
"Naša prizadevanja za razumevanje oči narave - razlaga Daniel Persson, soavtor študije - in jezik, v katerem so ti zakoni napisani, je matematika. Ko iščemo odgovore na vprašanja v fiziki, nas pogosto pripeljejo do novih odkritij tudi v matematiki. Ta interakcija je še posebej izrazita pri iskanju kvantne gravitacije, kjer je zelo težko izvajati eksperimente."
Primer pojava, ki zahteva to vrsto enotnega opisa svojih črnih lukenj. Črna luknja, ki nastane, ko se dovolj težka zvezda sesede pod lastno gravitacijsko silo, tako da je vsa njena masa koncentrirana v izjemno majhen volumen. Opis kvantne mehanike črnih lukenj je še v povojih, vendar vključuje spektakularno napredno matematiko.
V tem primeru enotne teorije, ki jo je pojasnil Robert Berman, prvi avtor članka, je »izziv opisati, kako je nastal gravitacijski val kot 'nastajajoči' pojav. Tako kot vsakdanji pojavi, kot je tok tekočine, izhajajo iz kaotičnih gibanj posameznih kapljic, želimo opisati, kako gravitacija izhaja iz kvantno-mehanskega sistema na mikroskopski ravni."
Iz te oblike so raziskovalci pokazali, kako gramoz izhaja iz posebnega sistema kvantne mehanike, v modelu, poenostavljenem s kvantnim gramozom, imenovanim "holografski princip".
"Z uporabo matematičnih tehnik, ki sem jih že prej raziskoval," nadaljuje Berman, "smo uspeli oblikovati razlago, kako nastane gravitacija po holografskem principu, na bolj natančen način kot prej."
Nov predmet lahko ponudi tudi nov način za spopadanje s skrivnostno temno energijo. V Einsteinovi splošni teoriji relativnosti je gravitacija opisana kot geometrijski pojav. Tako kot se na novo narejena postelja upogne pod težo osebe, lahko težki predmeti upognejo prostor-čas, 'tkanino', ki sestavlja vesolje.
Toda po Einsteinovi teoriji ima celo prazen prostor, 'vakuumsko stanje' vesolja, bogato geometrijsko strukturo. Če bi povečali in pogledali to praznino z mikroskopom, bi videli drobna kvantno mehanska nihanja ali valove, znane kot temna energija, skrivnostno oblikovana energija, za katero se domneva, da je odgovorna za pospešeno širjenje vesolja.
Študija lahko pripelje do novih treznih spoznanj o tem, kako nastanejo ti kvantno-mehanski mikroskopski valovi, pa tudi do razmerja med Einsteinovo teorijo gravitacije in kvantno mehaniko, kar znanstveniki poskušajo že desetletja.
"Ti rezultati - zaključuje Persson - odpirajo možnost testiranja drugih vidikov holografskega principa, kot je mikroskopski opis črnih lukenj. Upamo tudi, da bomo ta nova spoznanja v prihodnosti lahko uporabili za odpiranje novih temeljev v matematiki."
