Дискретность пространства-времени предложили проверить
Американские физики-теоретики придумали эксперимент, который может измерить дискретность нашего пространства-времени с точностью до 10-31 метра, что в десять триллионов раз превышает точность предыдущих измерений. Для этого ученые рассчитали поправки к гамильтониану Дирака, возникающие за счет дискретности пространства-времени, и оценили, как они влияют на разность фаз нейтронов, которые пролетают через интерферометр Маха — Цендера. Исследователи считают, что при небольшой модификации эксперимента его точность сравнится с планковской длиной. Статья опубликована в Physical Review D, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.
Как правило, физики считают пространство-время непрерывным: чтобы различить очень короткие расстояния, нужны частицы с очень большими энергиями, а в повседневной жизни редко встречаются энергии выше одного мегаэлектронвольта (рентгеновское и гамма-излучение). Однако это не значит, что пространство-время действительно непрерывно. При энергиях и расстояниях, сравнимых с планковским масштабом (Ep ~ 1019 мегаэлектронвольт и Lp ~ 10-35 метров), Стандартная модель и общая теория относительности перестают работать — следовательно, пространство-время может сильно исказиться. В частности, оно может оказаться дискретным. Более того, некоторые физики считают, что при таких высоких энергиях понятия пространства и времени вообще теряют смысл, и говорить об их свойствах нельзя.
Кроме того, искажение структуры пространства-времени нарушает лоренц-инвариантность — одно из важнейших свойств известных физических законов. Грубо говоря, лоренц-инвариантность законов означает, что они не меняются при произвольных сдвигах и поворотах (в том числе бустах). Очевидно, что в дискретном пространстве-времени лоренц-инвариантность нарушается — причем на высоких энергиях, на которых длина волны частицы сравнима с шагом решетки, нарушение заметить легче всего. Конечно, на практике физикам еще очень далеко до таких энергий: энергия протонов Большого адронного коллайдера находится на уровне ELHC ~ 104 мегаэлектронвольт (то есть 10-15Ep), а энергия самых быстрых космических частиц не превышает Eparticle ~ 1011 мегаэлектронвольт (10-8Ep). Поэтому лоренц-инвариантность известных физических законов нарушается очень слабо. Тем не менее, даже такие слабые нарушения могут сыграть важную роль: например, благодаря им возможны осцилляции безмассовых нейтрино и вакуумное черенковское излучение.
Впервые последствия нарушения лоренц-инвариантности рассмотрел еще в 1951 году Поль Дирак, а работы Сидни Коулмана и Шелдона Глешоу, написанные в 1990-х годах и развивающие идеи Дирака, заставили физиков задуматься об экспериментальной проверке этой гипотезы. В настоящее время универсальной моделью, которая описывает всевозможные нарушения лоренц-инвариантности, является так называемое Расширение Стандартной модели (Standard Model Extension, SME); в этой теории отклонения от Стандартной модели описываются маленькими безразмерными параметрами. Сообщения экспериментов, которые измеряют эти параметры, выходят несколько раз в месяц, однако до сих пор ученые так и не смогли обнаружить нарушения лоренц-инвариантности. Тем не менее, исследователи продолжают повышать точность установок, надеясь уловить следы «физики планковских энергий».
Физики-теоретики Тодд Брун (Todd Brun) и Леонард Млодинов (Leonard Mlodinow) предложили схему нового эксперимента, который способен почувствовать дискретность пространства-времени и сопровождающее его нарушение лоренц-инвариантности с точностью, по меньшей мере, в десять триллионов раз превышающей точность существующих измерений. Для этого ученые рассмотрели дискретное пространство, представляющее собой трехмерную объемно-центрированную кубическую решетку (bcc) с длиной ребра -x, по которой точечная частица перемещается за счет квантовых случайных блужданий (quantum walks). Другими словами, в каждый «тик» дискретного времени частица с определенной вероятностью перемещается в соседние вершины решетки и переходит в суперпозицию состояний, в которых она одновременно находится в каждой из соседних вершин. Кроме того, частица обладает внутренними степенями свободы (спином). Затем физики выписали унитарный оператор, который описывает такие блуждания, перешли в импульсное представление и сравнили его с оператором, который индуцируется некоторым не зависящим от времени гамильтонианом. В результате ученые показали, что в лидирующем приближении дискретная теория совпадает с теорией Дирака, описывающей движение массивных фермионов (например, электронов). Кроме того, исследователи рассчитали первую поправку к гамильтониану, пропорциональную малому параметру k-x (k — волновой вектор частицы). Физики подчеркивают, что теории совпадают только в случае объемно-центрированной решетки, однако этот факт не исключает дискретные теории, основанные на других решетках: авторы считают, что во всех дискретных теориях возможно разложение по малому параметру, которое хотя бы качественно воспроизводит полученные результаты.
Затем ученые нашли поправки к энергетическому спектру частиц, которые возникают из-за различий между дискретным и дираковским гамильтонианом, и предложили схему экспериментальной установки, которая может почувствовать такие отличия. Для этого ученые рассмотрели непараллельный интерферометр Маха — Цендера. Каждое плечо такого интерферометра разбивается на два сегмента: длинный сегмент направлен под небольшим углом к горизонтали, короткий сегмент смотрит почти вертикально. Между волновыми функциями фермионов, которые пролетают через плечи интерферометра, набегает фаза, пропорциональная поправке к дираковскому гамильтониану. Используя найденное выражение для этой поправки, физики рассчитали, как разница фаз зависит от ориентации интерферометра относительно решетки дискретного пространства и от соотношений между коротким и длинным сегментом плеча интерферометра.
Наконец, исследователи оценили, можно ли измерить набежавшую разность фаз на реальных установках. В качестве фермионов, бегущих по интерферометру, физики выбрали тепловые нейтроны с импульсом порядка 10-24 килограмм на метр в секунду. Типичный интерферометр, который работает с такими частицами, имеет длину плеча около десяти сантиметров и может измерить разность фаз с точностью порядка одной сотой радиана. По оценкам ученых, такая чувствительность позволяет заметить дискретность решетки с шагом не менее 10-27 метров. Более того, отдельные нейтронные интерферометры «чувствуют» разность фаз порядка 10-6 радиан, что отвечает шагу решетки порядка 10-31 метров. Это в десять триллионов раз точнее экспериментов на Большом адронном коллайдере и всего в десять тысяч раз больше планковской длины. По словам ученых, преодолеть разрыв будет сравнительно легко: достаточно увеличить длину плеча интерферометра и усреднить собранные данные по большому промежутку времени. Таким образом, предложенный эксперимент может стать первым в истории экспериментом, который доберется до планковских масштабов.
Помимо дискретности пространства-времени, физики рассматривают и другие механизмы нарушения лоренц-инвариантности — например, «расширяют» Стандартную модель, добавляя в нее новые взаимодействия. Такие расширения могут исказить скорость света, деформировать галактические диски и даже нарушить принцип эквивалентности, который постулирует равенство инертной и гравитационной массы. Подробно прочитать про то, как ученые придумывают такие механизмы, можно в нашем материале «На пути к теории всего». Впрочем, несмотря на активность теоретиков, которые придумывают и изучают альтернативные теории, на практике нарушения лоренц-инвариантности пока еще не наблюдались.
Источник
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - ...
Последние аномальные новости

Вера в инопланетян с точки зрения Ислама

Загадочное древнее сооружение обнаружили в Индии

Загадочную блуждающую черную дыру нашли в центре Галактики

Индийского гуру приговорили к пожизненному заключению

Искусственный интеллект нашел таинственного предка человека

Истории о загадочном Мерцающем человеке

Как распознать инопланетян

КГБ знало о базах инопланетян в аномальной зоне Молебка

Ледяной диск появился на реке в Эстонии

Межзвездный объект Оумуамуа может быть инопланетным зондом

На пляж Австралии вымыло совершенно невероятных существ

Нибиру готовится к уничтожению Земли

Пентагон потратил миллионы на поиск инопланетян

Прототип ровера испытали в марсианских условиях

Разгадали секрет появления близнецов

Самые необычные медицинские случаи 2018 года

Таинственные вспышки в небе Флориды

Холодная война перемещается в космос

Что говорят люди перед смертью

Что о смене полюсов забыли рассказать геофизики

Астероидов–кандидатов на столкновение с Землей тысячи

Африканских рыбаков напугала красная река

Банкир-рептилоид замечен в прямом эфире

Висящая колонна индийского храма Лепакшми

Генная модификация человека в будущем неизбежна

Депутат Госдумы заявил, что экстрасенсы - это абсолютное зло

Жуткая ночь наступит 21 января в 21-12

Китайский корабль попал в другое измерение в море Дьявола

Космический туризм на Марс маловероятен

Красный столб возник в небе Техаса

Летающее существо заметили в венгерском лесу

Миллиардеру нужна господдержка для колонизации Марса

Мистический Зеленый остров в Ростове-на-Дону

Мужчина носит только желтую одежду

Объяснено появление таинственной генетической аномалии

Предложили создать систему защиты Земли от астероидов

Предупредили об угрозе столкновения Земли с астероидом

Призрака сняли на праздничной вечеринке

Статую йети установили в Северной Каролине

Чупакабра бесчинствует в Аургазинском районе

Воздействие Нибиру достигло пояса астероидов

Гадания на Рождество и Святки

Голову инопланетянина нашли на Луне

Инопланетное пение доносилось с небес Малайзии

Инопланетяне грохнули полицейского

Инопланетяне действуют очень агрессивно

Как люди отреагируют на Третью мировую войну

Как старинные сооружения помогали ориентироваться в датах

Ледяной диск, вращающийся на реке в штате Мэн

Лунатик сделал предложение девушке во сне и забыл

На Титане идут дожди

Подземные ходы под Кировом. Миф или реальность

Призрак снялся вместе с подругами в старом храме

Спорный сигнал темной материи может быть вызван гелием

Сторонники теории плоской Земли совершат круиз к краю планеты

Существование экзолун докажут не скоро

Таинственный Покайнский лес

Тихий городок окутали загадочные вспышки насилия

Удивительные рукотворные структуры в Северной Атлантике

Установку статуи дьявола отложили до решения суда

Автомобили-роботы со знаком качества

Бизнесмен обвинил экстрасенса в разрушении своей семьи

Доказана польза голодания для продления жизни

Женщина сняла в доме призрак умершего сына

Женщину напугала жуткая химера

Жизнь на Земле появилась в результате столкновения

Зомби-эксперимент над заключенными в СССР

К чему приснились похороны

К чему снится белая крыса

К чему снится увольнение с работы

К чему снится угон машины

К чему снится укус собаки

Как НАСА планирует сбивать опасные астероиды

Как поет атмосфера Земли

На спутниках с океанами инопланетян можно не искать

Над вулканом Попокатепетль заметили НЛО

Над озером Виннипег потерпел крушение НЛО

Нечто пыталось заманить мальчика в чащу леса

О сбывшихся предсказаниях

Пентагон хочет строить разумных насекомых-роботов

Предсказатели пообещали наступление Судного дня после Крещения

Призраки Англии привлекают туристов

Самый жуткий музей России

Секреты японского долголетия

Стали известны подробности предсказаний Ванги

Странные явления поразили США

Установили дорожный знак, предупреждающий о снежном человеке

Фирма Nike создала самозатягивающиеся кроссовки

ЦЕРН планирует построить новый коллайдер

Экипаж подводной лодки США снял НЛО

Дом с привидениями есть в Перми

Загадочные взрывы трансформаторов продолжаются

Загадочный треугольник на юге Гренландии

Знаменитости, которые видели инопланетян

Как Россия готовится к колонизации Луны

Китайский зонд никогда не был на Луне

Марсоходы занесли земную жизнь на Марс

Математики создали проблему, которую не может решить ИИ

Мы осознаем, что умираем

На могиле женщины сняли дымку, похожую на ее лицо

Наличие долгожителей в семье позволит прожить дольше

Начало депопуляции. Странный вирус распространяется по США

Необычный вид призраков из Германии

НЛО заметили над Кемеровом

НЛО запечатлели возле Зоны 51

Обнаружено место крушения НЛО в Антарктиде

Откуда магия пришла в нашу жизнь

Охотники за инопланетянами теперь могут заглянуть в базу данных SETI

Первый контакт с инопланетянами станет настоящим шоком

Предложено обучать школьников действиям при падении астероидов

Предсказания Вольфа Мессинга на 2019 год

При аресте народного целителя Бразилии полицию атаковал полтергейст

Прототип космозонда на паровой тяге прошел испытания

Растения слышат своих опылителей

Субсатурны поставили под вопрос теорию образования планет

Тайна алжирских пирамид

Уникальный протопланетный диск у двойной звезды

Фантаст Айзек Азимов предсказал, что случится в 2019 году

Четверть века назад была обнаружена первая экзопланета

Шахматные фигуры использовали в качестве оберега

Ангел-хранитель по знаку Зодиака

Бизнесмен раскрыл ветхозаветные тайны

Бомбоубежища древней цивилизации

Гороскоп экстрасенсов на 2019 год. Что ждет Украину

Изучение землян инопланетянами может привести к скорому вторжению

Инженер разработал летающую тарелку еще в 1927 году

К чему снится авиакатастрофа

К чему снится вертолет

К чему снится икона

К чему снится кошка с котятами

К чему снится опоздать на поезд

Крещение во время Кровавой Луны может стать последним знамением

Матрона Московская упомянула, когда наступит конец света

Мечта об Атлантиде как о потерянном рае неистребима

Мужчина несколько лет не может забыть встречу с НЛО

На что способны модифицированные растения

Нашли доказательство того, что Иисус пришел из космоса

Нибиру превратит Крещение в Судный день

Облик звероликих чудовищ в китайском искусстве

Открылся центр по разработке самоуправляемых автомобилей

Охотников за привидениями заметили в Пензе

Очередной конец света конспирологи назначили на февраль

Почему наши телескопы не могут найти Нибиру

Самые таинственные места Южного Урала

Священный кустарник Туласи, который избавляет от всех грехов

Создан новый способ предсказания смерти человека

Старушка научила кошек воровать

Топ-менеджер НАСА рассказала о сотрудничестве с инопланетянами

Усыновленные дети оказались родственниками

Эпидемии и природные катаклизмы ждут нас в 2019 году

Аномальная зона Молебка скрывает в себе базу инопланетян

Атлантиду нашли на побережье Флориды

Вот уже два века семья москвичей живёт в одной квартире

Вымершего тилацина сняли в Австралии

Гравитация Нибиру разбудит Йеллоустон

Девушка обнаружила в море инопланетное существо

Дольмены из эпохи неолита нашли в Шотландии

Женщина слышит вращение своих глаз и ток крови

Инопланетяне раскрыли секреты Бога

Инсайдер Q-Anon обещает катастрофу в день кровавой луны

Истории пациентов, которые после пересадки переняли привычки доноров

Как появились великие майя

НЛО зафиксирован над Канзасом

Плазмоиды сняли в студии улан-удэнского фотографа

Пойманный жутко матерящийся призрак выставлен на продажу

Полосатая оптическая иллюзия озадачила пользователей

Призрак девочки сняли в окне университета Джонсона

Продается кот-антистресс за 12,5 млн рублей

Рождественские традиции Российской Империи

Сверхбыстрый НЛО попал на камеру в Австралии

Светящееся кольцо заметили над Казанью

Сенатор США заявил, что пилоты боятся сообщать об НЛО

Скоро Земля станет не пригодной для жизни

Сферический НЛО, покидающий Солнце

Технологии научной фантастики, ставшие реальностью

Три сценария контакта человечества с внеземным разумом

Упавший с неба объект пробил дно пруда и высушил его

Финалистку Битвы экстрасенсов Елену Голунову ограбили

Человекоробот XXI века

Экстрасенс Николь Кузнецова рассказала о секретах Битвы экстрасенсов

Авизотль является чудовищным существом из мифов ацтеков

Буки начали загадочным образом вымирать

Вновь заговорили о подделке Туринской плащаницы

Впервые увидели рождение черной дыры

Дождь из пауков прошел в Бразилии

Еще одно знамение Апокалипсиса

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика