Einsteinova splošna teorija relativnosti, v kateri se gravitacija rodi iz ukrivljenosti vesolja in časa, je izjemna. Preverjeno je bilo z neverjetno natančnostjo, v nekaterih primerih do petnajst decimalnih mest. Ena izmed njenih najbolj zanimivih napovedi je bil obstoj gravitacijskih valov: valovi v vesolju in času, ki se prosto širijo. Ne tako dolgo nazaj so te valove ujeli detektorji LIGO in VIRGO.
Pa vendar obstaja veliko vprašanj, na katera še nimamo odgovorov. Kvantna gravitacija bi jim lahko pomagala najti.
Vemo, da je splošna relativnost nepopolna. Dobro se pokaže, ko so kvantni učinki prostora-časa popolnoma nevidni, kar je skoraj vedno tako. Ko pa se povečajo kvantni učinki vesolja, potrebujemo boljšo teorijo: teorijo kvantne gravitacije.
Prikaz zgodnjega vesolja, sestavljenega iz kvantne pene, ko so bila kvantna nihanja velika in se so pokazala v najmanjšem merilu
Ker še nismo oblikovali teorije kvantne gravitacije, ne vemo, kaj sta prostor in čas. Za kvantno gravitacijo imamo več primernih teorij, vendar nobena od njih ni splošno sprejeta. Kljub temu lahko na podlagi obstoječih pristopov domnevamo, kaj se lahko v teoriji kvantne gravitacije zgodi s prostorom in časom. Fizičarka Sabine Hossfender je zbrala deset osupljivih primerov.
1) V kvantni gravitaciji bodo vesoljsko-časovna nihanja tudi brez snovi. V kvantnem svetu vakuum nikoli ne miruje, tako kot prostor in čas.
Na najmanjši kvantni lestvici je vesolje lahko napolnjeno z drobnimi, mikroskopskimi črnimi luknjami z majhnimi masami. Te luknje se lahko na zelo zanimiv način povežejo ali razširijo navznoter.
2) Kvantni vesoljski čas lahko zapolnimo z mikroskopskimi črnimi luknjami. Poleg tega lahko vsebuje črvine ali se lahko rodijo infantilna vesolja - kot majhni mehurčki, ki se odcepijo od materinega vesolja.
Promocijski video:
3) In ker je to kvantna teorija, lahko vesoljski čas počne vse hkrati. Hkrati lahko ustvari otroško vesolje in ga ne ustvari.
Tkanina prostora-časa morda sploh ni tkanina, ampak je sestavljena iz ločenih komponent, ki se nam zdijo samo neprekinjene tkanine na velikih makroskopskih lestvicah.
4) V večini pristopov k kvantni gravitaciji vesolje-čas ni temeljno, ampak je sestavljeno iz nečesa drugega. To so lahko nizi, zanke, kubiti ali različice vesoljsko-časovnih "atomov", ki se pojavijo v pristopih zgoščene snovi. Posamezne komponente je mogoče razstaviti le z uporabo najvišjih energij, veliko višjih od tistih, ki so nam na voljo na Zemlji.
5) Pri nekaterih pristopih s kondenzirano snovjo ima prostor-čas lastnosti trdnega ali tekočega telesa, torej je lahko elastičen ali viskozen. Če je to res, so opažene posledice neizogibne. Trenutno fiziki iščejo sledi podobnih učinkov v tavajočih delcih, torej v svetlobi ali elektronih, ki nas dosežejo iz oddaljenega vesolja.
Shematska animacija neprekinjenega žarka svetlobe, ki jo razprši prizma. V nekaterih pristopih kvantne gravitacije lahko vesolje deluje kot disperzijski medij za različne valovne dolžine svetlobe
6) Vesoljski čas lahko vpliva na to, kako svetloba prehaja skozi njega. Morda ni popolnoma prozoren ali pa se lahko svetloba različnih barv premika z različno hitrostjo. Če kvantni vesoljski čas vpliva na širjenje svetlobe, lahko to opazimo tudi v prihodnjih poskusih.
7) Nihanja prostora-časa lahko uničijo sposobnost svetlobe iz oddaljenih virov, da ustvari interferenčne vzorce. Ta učinek so iskali in ga nikoli niso našli, vsaj v vidnem območju.
Svetloba, ki prehaja skozi dve debeli reži (zgoraj), dve tanki reži (sredina) ali eno debelo režo (spodaj), kaže motnje, ki kažejo na njeno valovno naravo. Toda v kvantni gravitaciji nekatere pričakovane interferenčne lastnosti morda niso mogoče.
8) Na območjih močne ukrivljenosti se lahko čas spremeni v vesolje. To se lahko zgodi na primer znotraj črnih lukenj ali v velikem poku. V tem primeru se nam lahko prostor-čas, ki ga poznamo s tremi prostorskimi in dimenzijami ter eno časovno, spremeni v štiridimenzionalni "evklidov" prostor.
Povezava dveh različnih krajev v prostoru ali času skozi črvino ostaja le teoretična ideja, vendar morda ne le zanimiva, ampak tudi neizogibna v kvantni gravitaciji
Vesolje in čas lahko lokalno povežemo z drobnimi črvotočami, ki prežemajo celotno vesolje. Takšne nelokalne povezave morajo obstajati pri vseh pristopih, katerih osnovna struktura ni geometrijska, na primer graf ali mreža. To je posledica dejstva, da v takih primerih koncept "bližine" ne bo temeljen, ampak impliciten in nepopoln, tako da se lahko oddaljene regije po naključju povežejo.
10) Morda za kombiniranje kvantne teorije z gravitacijo moramo posodobiti ne gravitacijo, temveč samo kvantno teorijo. V tem primeru bodo posledice daljnosežne. Ker je kvantna teorija jedro vseh elektronskih naprav, bo njeno spreminjanje odprlo povsem nove možnosti.
Čeprav na kvantno gravitacijo pogosto gledajo kot na zelo teoretično idejo, obstaja veliko možnosti za eksperimentalno preverjanje. Vsi vsak dan potujemo skozi prostor-čas. Če ga razumemo, lahko spremenimo naše življenje.
Ilya Khel