Kun valkoinen valo kulkee prisman läpi, sateenkaaren toisessa päässä on runsas väripaletti. Varsovan yliopiston fysiikkatieteellisen tiedekunnan teoreetikot ovat osoittaneet, että mitä tahansa kvanttipainoteoriaa käyttävissä maailmankaikkeuden malleissa tulisi olla myös eräänlainen "sateenkaari", joka koostuu avaruusajan eri versioista. Tämä mekanismi ennustaa, että yhden ja yhteisen avaruusajan sijasta eri energioiden hiukkasten tulisi kokea sen hieman muuttuneet versiot.
Olemme kaikki todennäköisesti nähneet kokeen: kun valkoinen valo kulkee prisman läpi, se hajoaa muodostaen sateenkaaren. Tämä johtuu siitä, että valkoinen valo on sekoitus eri energioiden fotoneja, ja mitä korkeampi fotonienergia, sitä enemmän prisma taipuu siihen. Siten voimme sanoa, että sateenkaari syntyy, koska eri energioiden fotonit kokevat saman prisman erilaisina ominaisuuksina. Monien vuosien ajan tutkijat ovat epäilleet, että kvanttiversumin malleissa eri energioiden hiukkaset tuntevat olennaisesti eri aika-ajan rakenteita.
Varsovan fyysikot käyttivät kosmologista mallia, joka sisälsi vain kaksi komponenttia: painovoima ja yhden tyyppinen aine. Yleisen suhteellisuusteorian puitteissa painovoimakenttää kuvaavat aika-ajan muodonmuutokset, kun taas ainetta edustaa skalaarikenttä (yksinkertaisin kenttätyyppi, jossa vain yksi arvo on luontainen kullekin avaruuspisteelle).
”Nykyään on monia kilpailevia kvanttigravitaation teorioita. Siksi muotoilimme mallimme yleisimmillä termeillä, jotta sitä voidaan soveltaa mihin tahansa niistä. Jotkut saattavat ehdottaa yhden tyyppistä gravitaatiokenttää - mikä käytännössä tarkoittaa avaruutta - jota yksi kvanttiteoria ehdottaa, toinen saattaa ehdottaa toista. Jotkut mallin matemaattiset operaattorit muuttuvat, mutta eivät niissä esiintyvien ilmiöiden luonnetta”, sanoo Varsovan yliopiston jatko-opiskelija Andrea Dapor.
”Tämä tulos on uskomaton. Aloitamme kvanttigeometrian sumeasta maailmasta, jossa on jopa vaikea sanoa, mikä on aika ja mikä on avaruus, mutta kosmologisessa mallissamme esiintyvät ilmiöt näyttävät esiintyvän tavallisessa aika-ajassa”, kertoo toinen jatko-opiskelija Mehdi Assaniussi.
Asiat tulivat vieläkin mielenkiintoisemmiksi, kun fyysikot tarkastelivat skalaarikentän herätteitä, jotka tulkittiin hiukkasiksi. Laskelmat ovat osoittaneet, että tässä mallissa energian suhteen erilaiset hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa kvantti-aika-ajan kanssa eri tavalla - aivan kuten fotonit, joilla on erilaisia energioita, ovat vuorovaikutuksessa eri tavalla prisman kanssa. Tämä tarkoittaa, että jopa klassisen aika-ajan tehokas rakenne havaitaan eri hiukkasilla eri tavalla niiden energian mukaan.
Tavallisen sateenkaaren ulkonäkö voidaan kuvata taitekerroin, jonka suuruus riippuu valon aallonpituudesta. Samankaltaisen aika-ajan sateenkaaren tapauksessa ehdotetaan samanlaista suhdetta: beeta-funktio, joka mittaa erojen astetta klassisten avaruusaikojen havaitsemisessa eri hiukkasten toimesta. Tämä toiminto heijastaa kvantti-aika-ajan ei-klassisuuden tasoa: klassiseen läheisissä olosuhteissa se pyrkii nollaan, kun taas todella kvantti-olosuhteissa se pyrkii yhtenäisyyteen. Nyt maailmankaikkeus on klassisen kaltaisessa tilassa, joten beeta-arvo on lähellä nollaa, fyysikot arvioivat sen olevan enintään 0,01. Tällainen pieni beetafunktion arvo tarkoittaa, että aika-ajan sateenkaari on tällä hetkellä hyvin kapea eikä sitä voida havaita kokeellisesti.
Varsovan yliopiston teoreettisten fyysikkojen tutkimus, joka rahoitettiin Puolan kansallisen tiedekeskuksen apurahoilla, johti toiseen mielenkiintoiseen johtopäätökseen. Aika-aikainen sateenkaari on kvanttipainon tulos. Fyysikot ovat yleensä yhtä mieltä siitä, että tällaisen suunnitelman vaikutukset näkyvät vain jättimäisillä energioilla, jotka ovat lähellä Planckin energiaa, miljoonia tai miljardeja kertoja suurempia kuin hiukkasenergia, johon suuri hadronitörmäyslaite nyt kiihtyy. Beeta-funktion arvo riippuu kuitenkin ajasta, ja lähiaikoina lähellä Big Bangia se voi olla paljon suurempi. Beetan lähestyessä nollaa aika-avaruus sateenkaari kasvaa merkittävästi. Tämän seurauksena tällaisissa olosuhteissa kvanttipainovoiman sateenkaarivaikutus voidaan havaita jopa satoja kertoja pienemmissä hiukkasenergiaissa,kuin protonien energia modernilla LHC: llä.
Mainosvideo: