версія для друку
25.01.2012 Космічні перегони: в нічию

7 мільярдів років тому почалися перегони між двома енергетичними фотонами, пройшовши майже пів-космосу і віртуально фінішувавши в нічию. В результаті: теоретично можна зменшити межу, наскільки «зернистим» може бути час і простір. Якщо звичайно витримають критику.

Зображення: завдяки таким гамма-всплескам можна вивчати «зернистість» простору та часу, про яку говорять деякі квантові теорії (JULIAN BAUM/SCIENCE PHOTO LIBRARY)

І знову згадаємо про 219 зустріч Американського астрономічного товариства в Остіні (штат Техас), де Роберт Неміроф з Мічиганського технологічного університету представив свою роботу, покладаючись на дані аналізу короткоживучого потужного зоряного вибуху, відомого як гамма-сплеск, ГС (GRB). Цей сплеск був зафіксований гамма-обсерваторією НАСА – космічним телескопом ГЛАСТ в травні 2009 році і отримав назву GRB 090510A. В основному аналіз базувався на вивченні двох фотонів – один мав енергію 25 ГеВ, інший – близько 1,5 ГеВ, і мали різницю лише 0,00136 секунди.

І так за результатами дослідження, якби фотони стартували в один і той же самий час, то швидкість світла не може відрізнятися на більш ніж 7 частин на 1 мільярд трильйонів – ліміт, подібний до того, що колись отримав при вивченні низько енергетичних фотонів астроном Бред Шефер (зараз Єльський університет), з іншого ГС, записаного десять років тому.

За деякими теоріями квантової гравітації час та простір не зовсім рівний і послідовний, він складається з окремих елементарних одиниць, або зерен – розміром менш ніж 1 трильйонна частка діаметра атома водню. Це десь порядок 10^-35 м і також відомий під назвою довжина Планка. В простому поясненні, фотони з найбільшими енергіями мають довжини хвилі порядку Планковських довжин, а тому ймовірніше будуть взаємодіяти і сповільнюватися цими «зернами» - нерівностями часу і простору. І хоча такий ефект сповільнення дуже малий, він збільшується, коли частинки подорожують мільйони років по величезним просторам космосу. Результати Немірофа встановлюють більш чіткі обмеження на швидкість світла за енергією, що в свою чергу визначає розмір цих нерівностей в просторі та часі. Вчені отримали дані, що така зернистість простору і часу стає суттєвою лише на довжинах порядку 1/500 довжини Планка. Це може накладати значні обмеження теорій квантової гравітації, деякі з яких потребують, щоб ефект спостерігався на більших масштабах.

Є лише 1 % вірогідності того, що фотони точно не вийшли в один той і той же час, і це значно збільшує похибку, якої фізикам недостатньо для підтвердження теорії. Завдяки іншим віддаленим джерелам ГС, що мають більше ніж два енергетичних фотони, можна б було збільшити правдивість результату, говорить Неміроф.

В 2009 році в аналізі, проведеному іншими вченими на чолі з Власіо Васільйо з дослідницького інституту CNRS (Університет Монпельє, Франція), по схожому ГС, отримали результат, що різниця в часі прибуття фотонів – один з енергією близько 31 ГеВ, інші – в мільйон разів меншої – була 9/10 секунди. Це більший проміжок часу, і дозволяє часу і простору бути «нерівномірними» на масштабах порядку довжини Планка. І ці дані мають більшу статичну значимість. До того ж, дослідники отримали ці результати двома незалежними методами.

Які рамки більш точні (щодо зернистості простору і часу), залежить від того, яка значимість вам потрібна, додає фізики-теоретик Сабіна Хоссенфельдер (Північний інститут теоретичної фізики, Стокгольм).

Фізики з різних експериментів використали різні методи: так, Васільйо зосередився на більш ширшій, цілісній структурі сплеску, а Неміроф на детальній мікроструктурі, а також вивченні енергетичних фотонів на одному з трьох імпульсів сплеску. Тому така зосередженість дозволила йому виміряти більш менший ефект, але при цьому з’явилася значна статистична похибка.

Так, Сабіна вважає, що ліміт Немірофа на таку варіативність швидкості світла скоріше всього, є певним відгуком на недавній експеримент ОПЕРА щодо того, що нейтрино подорожують швидше за світло. Якщо це так, то через «зернистість» простору і часу частинки з більшими енергіями подорожують повільніше, і це досить велике спотворення простору і часу.  

Автор:  Рон Коуен
Адреса джерела:  http://www.nature.com/news/cosmic-race-ends-in-a-tie-1.9768
Джерело:  Nature
Показів: 114