Il piu ' grande mistero dell'Universo: da cosa è composto lo spazio-tempo?

«Di che cosa è fatto lo spazio-tempo?», si chiede fisico Aaron Wall della Stanford istituto di fisica teorica. Nel corso degli ultimi no fisica in modo diverso cercando di comprendere il mistero dello spazio-tempo, vedendolo non solo come uno sfondo vuoto, in cui si svolge la storia dell'Universo, ma piuttosto come un flusso di informazione quantistica, перетекающей da un punto all'altro. Wall e i suoi colleghi sempre di più convinti che tale rappresentazione dello spazio-tempo può essere la chiave per lo sviluppo di una teoria in grado di spiegare la gravità utilizzando i principi della meccanica quantistica. Su questa fisica sognano dai tempi di Albert Einstein.

Pietro Зенчиковский Istituto di fisica nucleare dell'accademia delle scienze Polacca viene impostata la stessa domanda, che e Wall. Se lo spazio-tempo assoluto, immutabile, eterno e sempre attuale arena in cui si svolgono gli eventi? O, forse, è la creazione dinamica, che si verifica come fosse in una certa scala delle distanze, il tempo o l'energia? Menzione assoluto non è il benvenuto nella fisica moderna. Considerato che lo spazio-tempo emergente, cioè si verifica da qualche parte. Non è chiaro dove.

Che cosa è lo spazio-tempo?

La Maggior parte dei fisici ritiene che la struttura dello spazio-tempo è formata inspiegabilmente all'interno della scala di Planck, cioè sulla scala, vicino a un millesimo di miliardesimo di miliardesimo della quota di metri. Tuttavia, ci sono alcune convinzioni, che mettono in discussione l'unicità di tale interpretazione. Ci sono molti argomenti a favore il fatto che l'aspetto dello spazio-tempo può verificarsi come risultato di processi, che è molto più vicino alla nostra realtà: a livello di quark e loro conglomerati.

«la Matematica è una cosa, il rapporto con il mondo reale — altro», dice Зенчиковский. «Per esempio, il valore della massa di Planck sembra sospetto. Ci si aspetterebbe che lei sarà il valore, più caratteristico per il mondo dei quanti. Nel frattempo, corrisponde a circa 1/10 della massa della pulce, che sicuramente è il classico oggetto».

La Maggior parte dei fisici inclini a supporre che lo spazio-tempo viene creato in планковских scala, a distanze vicine a un millesimo di miliardesimo di miliardesimo della quota di metri (~10^-35 m). Nel suo articolo in Foundations of Science Зенчиковский organizza sorveglianza di diversi autori riguardanti la formazione dello spazio-tempo e sostiene che l'ipotesi circa la sua formazione a livello di quark e degli adroni (o кварковых unità) è abbastanza ragionevole per una serie di motivi.

Le Domande sulla natura dello spazio e del tempo sono perplesso l'umanità fin dai tempi antichi. Se il tempo di essere separati dalla materia, creando un «contenitore» per i movimenti e gli eventi che si verificano con la partecipazione di particelle, come è stato ipotizzato Democrito nel 5 ° secolo a. c.? O, forse, tutti gli attributi della materia e non possono esistere senza di lei, come ha suggerito Aristotele secolo più tardi?

Nonostante il fatto che è passato già un migliaio di anni da allora, questi problemi ancora non risolti. Inoltre, entrambi gli approcci — nonostante la loro evidente differenza è profondamente radicata nella pilastri della fisica moderna. In meccanica quantistica gli eventi si svolgono in stretto arena in modo uniforme con l'ora corrente.

Nel frattempo, in teoria generale della relatività di sostanza deforma elastic spazio-tempo (si estende e si estorce il suo), e lo spazio-tempo riferisce particelle, come muoversi. In altre parole, in una delle teorie degli attori si affacciano sulla già preparato la scena per svolgere il proprio ruolo, e in un altro creano un palco durante la presentazione, che, a sua volta, influisce sul loro comportamento.

Nel 1899 il fisico tedesco Max Planck notato che in determinate combinazioni di alcune costanti nella natura, è possibile ottenere i fondamentali unità di misura. Solo tre permanenti — la velocità della luce c, la costante gravitazionale G e la costante di Planck h e otteniamo unità di distanza, tempo e massa pari (rispettivamente) 1,62 x 10^-35 m 5,39 x 10^-44 e 2,18 x 10^-5 g. sulla Base delle attuali convinzioni, lo spazio-tempo deve nascere sulla lunghezza di planck. Ma non ci sono argomenti essenziali in favore della razionalità di questa ipotesi.

Come i nostri più complessi esperimenti e teorici descrizione raggiungono la scala di quark al livello 10^-18 m. Come facciamo a sapere che sulla strada per la lunghezza di planck — nel corso di una dozzina consecutivi e ancora più piccole ordini di grandezza — spazio-tempo riacquista la sua struttura? Non sappiamo razionalmente se il concetto di spazio-tempo a livello di adroni! La separazione non può essere infinito, perché a un certo punto la domanda successiva parte più piccola di appena smette di avere un senso. Un ottimo esempio è la temperatura. Perfettamente questo concetto serve a макромасштабах, ma quando consecutivi divisioni dei materia raggiungiamo la scala delle singole particelle e il concetto di temperatura perde il suo significato.

«attualmente abbiamo in primo luogo cerchiamo di costruire квантованное discreto spazio-tempo e quindi «popolare» la sua discreta materia. Ma se lo spazio-tempo è un prodotto di quark e degli adroni, la dipendenza è inversa: discreto proprietà della materia deve rinforzare la leggibilità dello spazio-tempo», dice Зенчиковский e aggiunge: «Planck basata sulla matematica. Voleva creare unità dei minimi possibili permanenti. Ma la matematica è una cosa e il rapporto con il mondo reale è un altro. Il valore di planck massa sembra sospetto. Ci si aspetterebbe che lei saràpiù adatto caratteristica per il mondo dei quanti. Ma lei corrisponde a circa 1/10 della massa della pulce, che sicuramente è il classico oggetto».

Dal momento che vogliamo descrivere il mondo fisico, dobbiamo fare affidamento sul fisico, e non su argomenti matematici. E così, quando usiamo le equazioni di Einstein, ci descrive l'Universo su larga scala e si verifica la necessità di introdurre un costante gravitazionale, conosciuta come la costante cosmologica «lambda». Se, durante la compilazione fondamentali di unità, di ampliare il nostro primo set di tre permanenti lambda, nel caso di massa avremo non uno, ma tre fondamentali valori: 1,39 x 10^-65 g 2,14 x 10⁵⁶ g e 0,35 x 10^-24 g. il Primo può essere interpretato come un quantum di massa, il secondo — livello di massa dell'Universo osservabile, e la terza ricorda la massa degli adroni (ad esempio, la massa del neutrone è pari a 1,67 x 10^-24. Allo stesso modo, prendendo in considerazione lambda, viene visualizzata l'unità di misura 6,37 x 10^-15 m, molto vicina alla dimensione degli adroni.

«Giochi con le costanti possono essere rischiosi, perché molto dipende da quali sono le costanti scegliamo. Ad esempio, se lo spazio-tempo era veramente un prodotto di quark e degli adroni, le sue proprietà, tra cui la velocità della luce, deve essere anche emergenti. E questo significherebbe che la velocità della luce non può essere tra le principali costanti», osserva Зенчиковский.

Un Altro fattore a favore della formazione dello spazio-tempo in una scala di quark e degli adroni sono proprietà stesse particelle elementari. Il modello standard, ad esempio, non spiega perché ci sono tre generazioni di particelle, da dove vengono loro massa o perché ci sono i cosiddetti interni, numeri quantici, che includono изоспин, гиперзаряд e colore. Nella foto, presentato dal professor Зенчиковским, questi valori possono essere associati con un certo шестимерным lo spazio, creato da posizione delle particelle e la loro impulsi. Costruito in questo modo lo spazio altrettanto rispetta la posizione della particella (la materia) e il loro movimento (processi). Si scopre che le proprietà di massa o interne numeri quantici possono essere la conseguenza di algebriche proprietà шестимерного spazio. Inoltre, queste proprietà anche spiegare l'incapacità di guardare quark liberi.

«Aspetto dello spazio-tempo può essere associato con i cambiamenti nell'organizzazione della materia, si svolge in una scala di quark e degli adroni, in più primario шестимерном spazio delle fasi. Tuttavia, non è del tutto chiaro cosa fare con questa immagine. Ogni passo successivo richiede di andare oltre ciò che sappiamo. E non sappiamo nemmeno le regole del gioco, per cui la Natura gioca con noi, ci devono ancora loro ipotesi. Tuttavia, sembra ragionevole che tutti i disegni che iniziano con la materia, perché lei è fisicamente e sperimentalmente accessibile. In questo approccio spazio-tempo sarà solo nostra idealizzazione delle relazioni tra gli elementi della materia», riassume il professor Зенчиковский.

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