A tudomány Hamupipőkéje: megtalálható-e a kvantumgravitáció „cipője”?
A szakemberek évtizedek óta keresik, hogyan lehetne a két elméletet egységesíteni, és több irányzat is született már – mint a húrelmélet, a hurokkvantumgravitáció vagy a kanonikus kvantumgravitáció. Ezek mind mást és mást ígérnek, viszont egyik sem nyújtott még olyan mérhető jóslatot, amelyről biztosan meg lehetne mondani, hogy a természet igazi működését tükrözi. A tudósok most végre egy új módszerrel próbálkoznak, amely talán közelebb visz a válaszhoz.
Az idő és tér hullámzó kasmírszövete: a kvantumgeodézika ötlete
A kutatók a relativitáselmélet egyik alapkoncepciójából, a geodézikából indultak ki. Ez jelenti a legrövidebb utat két pont között a térben: sík felületen ez egyenes, egy gömb felszínén viszont ív. Einstein elmélete szerint a csillagok vagy a Nap tömege meggörbíti a téridőt, azaz a négydimenziós teret, amelyben mozgunk, ezért a Föld pályája inkább egy hatalmas ív, mint valódi kör.
Az, hogy pontosan milyen ez az „ív”, a metrikától függ, amely jelzi a téridő görbületét. Ha a kvantumfizika törvényeit erre a metrikára alkalmazzuk, minden megváltozik: a klasszikus, pontosan definiált görbületek helyét valószínűségi hullámfüggvények veszik át, ahogyan az elektron helyzete sem pontosan ismert. Így maga a téridő is „bizonytalan”, kvantumosan ingadozó lesz.
Az új kutatásban a fizikusok megpróbálták „kvantálni” a metrikát, méghozzá egy speciális, de fontos szimmetriájú esetben – egy időben állandó, gömbszimmetrikus gravitációs mezőben, amely például a Nap körüli térre alkalmazható. Matematikai úton kidolgoztak egy új, q-geodézika nevű egyenletet, amely azt mutatja, hogy kvantumtérben a részecskék nem feltétlenül a legrövidebb útvonalat követik, hanem kissé eltérnek attól.
Elhanyagolható eltérések vagy kozmikus felfordulás?
Kiszámolták, mekkorák ezek az eltérések. Ha csak a hétköznapi gravitációt vesszük, akkor a klasszikus és a kvantumos pályák csak 0,00000000000000000000000000000000001 cm-rel térnek el egymástól – ez a különbség a gyakorlatban mérhetetlen. Viszont amikor figyelembe vették Einstein kozmológiai állandóját – azt a sötétenergia-összetevőt, amely felgyorsítja az Univerzum tágulását –, sokkal nagyobb különbségek jelentek meg.
Ebben az esetben a q-geodézika egyenlet által jósolt pályák különböznek a klasszikus relativitáselméleti geodézikától mind extrém kicsi, mind galaktikus léptékeken. A Föld és a Nap között elhanyagolható, viszont a galaxisok vagy a csillaghalmazok méretarányain már markáns eltérések mutatkoznak. Arra lehet következtetni, hogy pontosan ott jelennek meg kvantumgravitációs hatások, ahol jelenleg a legnagyobb rejtélyek vannak – például a spirálgalaxisok forgási sebességének kérdésében.
Nyomra bukkanhattunk: közelebb a kvantumgravitációs méréshez
Ez az új matematikai modell tehát nemcsak elméleti hidat ver a kvantumelmélet és a gravitáció között, hanem valószínűleg lehetőséget adhat arra is, hogy egyszer végre kísérletileg és megfigyelésekkel tesztelhessük a kvantumgravitáció hatásait. Végül ha a q-geodézika ténylegesen mérhető lesz, a tudósok végre valódi „cipőt” találhatnak – vagy legalábbis könnyebben felismerhetik a leghitelesebb elméletet az eddigiek közül. Az út végére érve nemcsak a természet alapvető működésére derülhet fény, hanem talán a sötét energia és a spirálgalaxisok titkaira is választ kaphatunk.
