Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο μπορείτε να ελέγξετε αν ο Spacetime είναι αφρώδης
Το 1944, ο John Wheeler έλαβε μια στοιχειωμένη καρτ ποστάλ. Ήταν από τον μικρότερο αδερφό του, Τζο, που είχε γράψει μόνο δύο λέξεις:«Γρήγορα». Ο Γουίλερ συμμετείχε στην προσπάθεια ατομικών όπλων των Ηνωμένων Πολιτειών και ο Τζο ήθελε να τελειώσει τη βόμβα για να μπορέσει να επιστρέψει στο σπίτι από τη μάχη στην Ιταλία. Αλλά τη στιγμή που χτυπήθηκε η Χιροσίμα, ο Τζο είχε ήδη σκοτωθεί. Το να μην ήταν αρκετά γρήγορος για να σώσει τον αδερφό του οδήγησε τον Wheeler να αποκτήσει εμμονή με τον χρόνο και στη συνέχεια τη Γενική Σχετικότητα - τη θεωρία του Αϊνστάιν που συνδέει χώρο και χρόνο.
Μετά τον Αϊνστάιν, ο «χωροχρόνος» θεωρήθηκε συμβατικά σαν μια λεία επιφάνεια. Αλλά στη δεκαετία του 1950, ο Wheeler άρχισε να προτείνει ότι -όπως ακριβώς η ύλη και η ενέργεια- ο χώρος έπρεπε να αποτελείται από «κβάντα» ή σωματίδια. Αυτό, έγραψε ο Wheeler, «αναγκάζει στο διάστημα μια δομή που μοιάζει με αφρό». Σήμερα, ερευνητές σε όλο τον κόσμο αναζητούν στοιχεία για τον κβαντικό αφρό του Wheeler, επειδή μπορεί να είναι προάγγελος μιας μετα-Αϊνστάιν φυσικής, βοηθώντας τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς συνδέονται η βαρύτητα και η κβαντική μηχανική.
Ίσως πιστεύετε ότι το LIGO (το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων συμβολόμετρου λέιζερ) μπορεί να είναι χρήσιμο σε αυτήν την αποστολή. Αναπηδά ακτίνες λέιζερ από καθρέφτες που είναι τοποθετημένοι με ακρίβεια για να ανιχνεύσει τις συσπάσεις και διαστολές του χωροχρόνου, τις υπογραφές των βαρυτικών κυμάτων. Χθες, οι επιστήμονες του LIGO ανακοίνωσαν την παρατήρηση ενός βαρυτικού κύματος που εκπέμπεται από τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών σε απόσταση 1 δισεκατομμυρίου ετών φωτός. Αλλά η λεπτότητα του χωροχρόνου αφρού είναι πολύ πέρα από την προσιτότητά του. Ακόμη και με την απίστευτη ευαισθησία του LIGO, «οι διακυμάνσεις του χωροχρόνου είναι πολύ μικρές για να ανιχνευθούν», λέει ο Jack Y. Ng, ένας θεωρητικός φυσικός σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας.
Για να εντοπίσουν τον χωροχρόνο αφρό, οι επιστήμονες προσπαθούν να δουν εάν επηρεάζει την ευκρίνεια των ισχυρών τηλεσκοπικών εικόνων μακρινών κβάζαρ – των ογκωδών, εξαιρετικά φωτεινών αντικειμένων στους γαλαξιακούς πυρήνες. Είναι χρήσιμα στην προσπάθεια ανίχνευσης κβαντικού αφρού επειδή είναι απίστευτα φωτεινά και μακριά, συχνά πιο φωτεινά από ολόκληρο το υπόλοιπο του γαλαξία στον οποίο ανήκουν. Σύμφωνα με ορισμένα μοντέλα κβαντικού αφρού, όσο πιο μακριά το φως κβάζαρ πρέπει να ταξιδέψει στα τηλεσκόπια μας, τόσο πιο πιθανό είναι να έχει καθυστερήσει ή να μετατοπιστεί από παρεμβαλλόμενο κβαντικό αφρό. Έτσι, όπως η ομίχλη στη Γη, ο κβαντικός αφρός θα πρέπει να κάνει τις εικόνες από μακρινά αντικείμενα να φαίνονται πιο θολές ή πιο παραμορφωμένες από ό,τι θα έκαναν διαφορετικά.
Στις αρχές του περασμένου έτους, ο Eric Perlman, ένας παρατηρητικός αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Φλόριντα, ηγήθηκε μιας μελέτης για να δει αν μπορούσε να θέσει όρια στο πόσο αφρώδης θα μπορούσε να είναι ο χωροχρόνος. Εξέτασε τις εκπομπές ακτίνων Χ και ακτίνων γ από μακρινά κβάζαρ χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra, το τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi και το Σύστημα Συστοιχίας Τηλεσκοπίων Απεικόνισης Πολύ Ενεργειακής Ακτινοβολίας (VERITAS).
Η ομάδα περίμενε να δει κάποιες παραμορφώσεις που προκαλούνται από κβαντικό αφρό, αλλά δεν βρήκε καμία. Αντίθετα, τα δεδομένα ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα έδειξαν ότι ο χωροχρόνος φαίνεται ομαλός ακόμη και σε αποστάσεις μικρότερες από τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου, πολύ λιγότερο αφρώδης από ό,τι αυτοί και άλλοι πίστευαν προηγουμένως. «Ο αφρός χωροχρόνου παραμένει θεωρητικός», λέει ο Perlman. «Δεν έχει υπάρξει ποτέ άμεση ανίχνευσή του μέχρι στιγμής, πολύ περισσότερο αν η πυκνότητά του ποικίλλει στον κοσμικό χρόνο».
Αλλά θα ήταν περίεργο αν αποδεικνυόταν ότι δεν υπήρχε καθόλου κβαντικός αφρός, λέει ο Steven Carlip, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Davis. Οι περισσότεροι συνάδελφοί του στον χώρο συμφωνούν, λέει. Πιο ευαίσθητα διαστημικά τηλεσκόπια, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) της NASA, μπορεί να δώσουν στους φυσικούς άλλη μια ευκαιρία να ανιχνεύσουν τον αφρό. Με το μεγαλύτερο διάφραγμά του, το James Webb θα πρέπει να έχει την απαραίτητη ευαισθησία για να ανιχνεύει έμμεσα το θάμπωμα που προκαλείται από τον αφρό του χωροχρόνου. Ο καθρέφτης του για τη συλλογή φωτονίων έχει μέγεθος 270 τετραγωνικά πόδια. Το 26χρονο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, αντίθετα, έχει μόνο 48 τετραγωνικά πόδια.
Αλλά ακόμα κι αν ο James Webb εμφανίσει θολές εικόνες, αυτό μπορεί να μην είναι οριστική απόδειξη ότι υπάρχει κβαντικός αφρός, καθώς δεν υπάρχει σαφής τρόπος να διασφαλιστεί ότι ο αφρός, και όχι κάποιος άλλος παράγοντας, προκάλεσε τη θαμπάδα. Ο Eric Steinbring, αστρονόμος στο Herzberg Astronomy and Astrophysics στο Εθνικό Συμβούλιο Ερευνών στον Καναδά, προσπαθεί να βρει πώς να πει τη διαφορά. Λέει ότι η διαγαλαξιακή σκόνη, ή ακόμα και ο βαρυτικός φακός απομακρυσμένων αντικειμένων, θα μπορούσε να προκαλέσει θάμπωμα που μπορεί να συγχέεται με τις επιπτώσεις του αφρού. «Είναι ένα πρόβλημα παρατήρησης, όχι πραγματικά θεωρητικό, αλλά θεωρία και πείραμα πάνε πάντα χέρι-χέρι», λέει. "Δεν μπορείτε να ξέρετε τι να ψάξετε αν δεν ψάξετε."
Εάν ο κβαντικός αφρός συνεχίσει να αποδεικνύεται άπιαστος, η ιδέα του Wheeler δεν θα είναι απαραίτητα εύκολο να παραμεριστεί, λέει ο Giovanni Amelino-Camelia, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης. "Ο αφρός χωροχρόνου ανήκει σε μια κατηγορία -όπως και οι επιπλέον διαστάσεις- που δεν μπορείτε να αποκλείσετε εντελώς."
Bruce Dorminey, επιστημονικός δημοσιογράφος και συγγραφέας του Distant Wanderers:The Search for Planets Beyond the Solar System, είναι συνεργάτης τεχνολογίας του Forbes.com . Ακολουθήστε τον @bdorminey.
