Wenn weißes Licht durch ein Prisma fällt, weist der Regenbogen am anderen Ende eine reiche Farbpalette auf. Die Theoretiker der Fakultät für Physik der Universität Warschau haben gezeigt, dass es in Modellen des Universums, die eine Quantentheorie der Schwerkraft verwenden, auch eine Art "Regenbogen" geben muss, der aus verschiedenen Versionen der Raumzeit besteht. Dieser Mechanismus sagt voraus, dass Teilchen unterschiedlicher Energien anstelle einer einzigen und gemeinsamen Raumzeit leicht veränderte Versionen davon erfahren sollten.
Wir alle haben das Experiment wahrscheinlich gesehen: Wenn weißes Licht durch ein Prisma fällt, zerfällt es und bildet einen Regenbogen. Dies liegt daran, dass weißes Licht eine Mischung aus Photonen unterschiedlicher Energien ist. Je höher die Photonenenergie ist, desto stärker wird es vom Prisma abgelenkt. Wir können also sagen, dass ein Regenbogen entsteht, weil Photonen unterschiedlicher Energien dasselbe Prisma mit unterschiedlichen Eigenschaften wahrnehmen. Seit vielen Jahren vermuten Wissenschaftler, dass Teilchen unterschiedlicher Energien in Modellen des Quantenuniversums im Wesentlichen unterschiedliche Strukturen der Raumzeit erfassen.
Die Warschauer Physiker verwendeten ein kosmologisches Modell, das nur zwei Komponenten enthielt: die Schwerkraft und eine Art von Materie. Im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie wird das Gravitationsfeld durch Deformationen der Raumzeit beschrieben, während die Materie durch ein Skalarfeld dargestellt wird (der einfachste Feldtyp, in dem jedem Punkt im Raum nur ein Wert inhärent ist).
„Es gibt heute viele konkurrierende Theorien zur Quantengravitation. Aus diesem Grund haben wir unser Modell so formuliert, dass es auf jedes von ihnen angewendet werden kann. Einige könnten eine Art von Gravitationsfeld vorschlagen - was in der Praxis Raumzeit bedeutet -, die von einer Quantentheorie vorgeschlagen wird, andere könnten eine andere vorschlagen. Einige mathematische Operatoren im Modell werden sich ändern, aber nicht die Art der in ihnen auftretenden Phänomene “, sagt Andrea Dapor, Doktorandin an der Universität Warschau.
„Dieses Ergebnis ist erstaunlich. Wir beginnen mit der unscharfen Welt der Quantengeometrie, in der es sogar schwierig ist zu sagen, was Zeit und was Raum ist, aber die Phänomene, die in unserem kosmologischen Modell auftreten, scheinen in der gewöhnlichen Raumzeit aufzutreten “, sagt ein anderer Doktorand, Mehdi Assaniussi.
Noch interessanter wurde es, als Physiker Skalarfeldanregungen betrachteten, die als Teilchen interpretiert wurden. Berechnungen haben gezeigt, dass in diesem Modell Teilchen, die sich in Bezug auf Energie unterscheiden, auf unterschiedliche Weise mit der Quantenraumzeit interagieren - genau wie Photonen mit unterschiedlichen Energien unterschiedlich mit einem Prisma interagieren. Dies bedeutet, dass selbst die effektive Struktur der klassischen Raumzeit von einzelnen Teilchen je nach Energie unterschiedlich wahrgenommen wird.
Das Aussehen eines gewöhnlichen Regenbogens kann anhand des Brechungsindex beschrieben werden, dessen Größe von der Wellenlänge des Lichts abhängt. Für einen ähnlichen Regenbogen der Raumzeit wird eine ähnliche Beziehung vorgeschlagen: die Beta-Funktion, ein Maß für den Grad der Differenz in der Wahrnehmung der klassischen Raumzeit durch verschiedene Teilchen. Diese Funktion spiegelt den Grad der Nichtklassizität der Quantenraumzeit wider: Unter Bedingungen nahe der Klassik tendiert sie gegen Null, während sie unter echten Quantenbedingungen zur Einheit tendiert. Jetzt befindet sich das Universum in einem klassischen Zustand, sodass der Beta-Wert nahe Null liegt. Die Physiker schätzen, dass er 0,01 nicht überschreitet. Ein so kleiner Wert der Beta-Funktion bedeutet, dass der Raumzeit-Regenbogen derzeit sehr eng ist und nicht experimentell erfasst werden kann.
Eine Studie von theoretischen Physikern an der Universität Warschau, die durch Zuschüsse des Nationalen Wissenschaftszentrums von Polen finanziert wurde, führte zu einer weiteren interessanten Schlussfolgerung. Der Raumzeitregenbogen ist das Ergebnis der Quantengravitation. Die Physiker sind sich im Allgemeinen einig, dass die Auswirkungen eines solchen Plans nur bei gigantischen Energien in der Nähe der Planck-Energie sichtbar sein werden, die millionen- oder milliardenfach höher sind als die Teilchenenergie, auf die der Large Hadron Collider jetzt beschleunigt. Der Wert der Beta-Funktion hängt jedoch von der Zeit ab und kann in Momenten nahe dem Urknall viel höher sein. Wenn Beta gegen Null geht, nimmt der Zeit-Raum-Regenbogen signifikant zu. Infolgedessen kann unter solchen Bedingungen der Regenbogeneffekt der Quantengravitation möglicherweise sogar bei Teilchenenergien beobachtet werden, die hunderte Male niedriger sind.als die Energie der Protonen am modernen LHC.
Werbevideo:
