211service.com
Waarom ruimtetijd op de kleinste schaal tweedimensionaal kan zijn
In 1973 publiceerden George Ellis en Stephen Hawking een boek met de titel The Large Scale Structure of Spacetime. Hun doel, zeiden ze, was om ruimtetijd te begrijpen op een schaal van 10^(-13)cm tot 10^28cm of, met andere woorden, van de grootte van elementaire deeltjes tot de straal van het heelal.
Dat klinkt misschien ambitieus, maar bijna 40 jaar later hebben kosmologen het zo goed als onder de knie, zegt Steve Carlip, een theoretisch fysicus aan de Universiteit van Californië, Davis. Naar ons beste vermogen om zoiets te meten, gedraagt het zich als een gladde (3+1)-dimensionale Riemanniaanse variëteit.
Daarom hebben theoretische natuurkundigen hun aandacht gericht op de structuur van ruimtetijd op nog kleinere schaal. Hier is echter een probleem. Voor het grootste deel hebben we noch directe waarnemingen, noch een algemeen aanvaard theoretisch kader om de zeer kleinschalige structuur van ruimtetijd te beschrijven, zegt Carlip. Niemand weet inderdaad zeker of de termen 'ruimte' en 'tijd' op deze schaal een redelijke betekenis hebben.
Vandaag schetst Carlip zijn eigen fascinerende kijk op het probleem dat ruimtetijd op de kleinste schaal tweedimensionaal kan zijn. Hoewel dat misschien een beetje contra-intuïtief lijkt, zegt hij dat er een groeiend aantal indicatoren (bewijs is een te sterk woord) die op die conclusie wijzen.
Carlip zegt dat recent werk in loop-kwantumzwaartekracht, hoge-temperatuur-snaartheorie, renormalisatiegroepanalyse toegepast op de algemene relativiteitstheorie en andere gebieden van onderzoek naar kwantumzwaartekracht, allemaal hints op een tweedimensionale ruimtetijd op de kleinste schaal. In de meeste van deze gevallen stort het aantal dimensies simpelweg ineen in een proces dat spontane dimensionale reductie wordt genoemd naarmate de schaal kleiner wordt.
Een voor de hand liggende vraag is dat als er maar twee dimensies op deze schaal aanwezig zijn, welke twee dat dan zijn? Carlip berekent dat ze een van de tijd en een van de ruimte moeten zijn. Op elk punt kiest de dynamiek een gewenste ruimtelijke richting, wat leidt tot ongeveer (1+1)-dimensionale lokale fysica, zegt hij.
Vervolgens begeeft hij zich op interessant terrein met de bewering dat deze voorkeursrichting klassiek moet worden bepaald en vervolgens willekeurig moet worden bepaald door de fysieke processen die op deze schalen aan het werk zijn. Dat klinkt verleidelijk als een theorie over verborgen variabelen van het soort dat ten minste één Nobelprijswinnende fysicus zou kunnen behagen.
De vraag van een miljoen dollar is of Carlip's kijk op het onderwerp correct is. Vrolijk geeft hij toe dat het idee nog erg speculatief is. Dat onderscheidt het op geen enkele significante manier van veel van de rest van de moderne kosmologie.
In tegenstelling tot veel andere kwantumzwaartekrachttheoretici, zinspeelt Carlip echter op het soort experimenten dat hem gelijk zou kunnen geven. Het proces dat ik heb beschreven doorbreekt de Lorentz-invariantie op de Planck-schaal, en zelfs kleine schendingen op die schaal kunnen worden vergroot en leiden tot waarneembare effecten op grote schaal, zegt hij.
Dat is een interessante gedachte. Wat hij zegt is dat de natuurwetten op deze schaal zouden moeten veranderen in overeenstemming met de richting waarin je reist. En hoewel ze constant willekeurig zullen variëren, kan dat nog steeds meetbaar zijn in een voldoende slim experiment.
Tijd voor de experimentatoren om hun denkcaps op te zetten.
Referentie: arxiv.org/abs/1009.1136 : De kleinschalige structuur van ruimtetijd