A přesto ji dnes berou vědci vážněji než kdy předtím. Nové experimenty naznačují, že samotná tkanina reality může mít zrnitou strukturu. A pokud je to pravda, čeká nás přepis celé fyziky.
Je prostor spojitý, nebo „zrnitý“?
Matematika obecné relativity předpokládá, že prostor a čas jsou plynulé — jako nepřetržitá hladina. Kvantová fyzika však přichází s opačním obrazem: na nejmenších škálách může existovat Planckova struktura, tedy síť extrémně malých jednotek, které tvoří základ prostoroprostoru.
Je to podobné jako s počítačovým monitorem:
z dálky obraz vypadá hladce, ale když se přiblížíte, objeví se pixely.
Vědci proto kladou otázku:
Je vesmír tvořen podobnými pixely?
A pokud ano, proč je zatím nevidíme?
Přesně to se dnes pokoušejí odhalit experimenty s ultracitlivými interferometry, kosmickými sondami i nejvýkonnějšími částicovými detektory.
Když realita vibruje: mikroskopické otřesy, které by neměly existovat
Jedním z nejambicióznějších projektů je experiment Holometer Americké univerzity Fermilab. Jeho úkol je až neuvěřitelně poetický: poslouchat šum samotného prostoru.
V teoriích, kde je vesmír granularizovaný, by měl prostor vykazovat určitý „holografický šum“ — slabé vibrace, které nejsou způsobeny ničím fyzikálním, ale samotnou strukturou realitní mřížky. Holometer měří pohyby menší než tisícina velikosti protonu a snaží se zachytit tento charakteristický šumový podpis.
Zatím žádný definitivní signál nenašel.
Ale to neznamená, že tam není — může být jen slabší, než dnešní detektory dokážou rozlišit.
ČTĚTE TAKÉ: Co když vesmír není jeden, ale dva: může mít náš svět zrcadlové kosmické dvojče – a co by to znamenalo pro život na Zemi?
Co když je vesmír hologram?
Další teorie pracuje s ještě radikálnější myšlenkou: že náš třírozměrný svět je projekcí dvourozměrných informací uložených na kosmickém horizontu.
Tzv. holografický princip, formulovaný fyziky Gerardem ’t Hooftem a Leonardem Susskindem, říká, že veškeré informace ve vesmíru mohou být „zakódovány“ na povrchu prostoru — podobně jako hologram obsahuje trojrozměrný obraz v plošném záznamu.
A pokud je to pravda, pak je granularita realitou:
→ stejně jako digitální soubor má svou bitovou strukturu,
→ holografický vesmír má svou kvantovou mřížku.
To by znamenalo, že hloubka, vzdálenost i čas jsou emergentní jevy — nikoli základní vlastnosti světa.
Astrofyzika pomáhá: zrnění prostoru může deformovat světlo z hlubokého vesmíru
Ještě jedno okno do tajemství otevírá astronomická pozorování. Pokud je prostor zrnitý, pak světlo, které cestuje miliardy let, by mělo vykazovat drobné „rozmazání“. Podobně jako když světlo prochází neprůhlednou mlhou.
Týmy pozorující gama záblesky — nejenergetičtější světelné jevy ve vesmíru — hledají známky toho, že se paprsky s různými energiemi pohybují nepatrně odlišně. Taková anomálie by mohla být přímým důkazem kvantované struktury prostoru.
Výsledky zatím nejsou jednoznačné.
Ale experimenty se zpřesňují každým rokem.
ČTĚTE TAKÉ: Co by se stalo, kdyby měla Země prsteny jako Saturn: planeta proměněná světlem, stíny a fyzikou
Proč je to důležité: přepis fyziky od základů
Pokud se potvrdí, že prostor je kvantovaný, získáme odpovědi na otázky, které fyziku trápí desetiletí:
1) Spojení kvantové fyziky a relativity
Dvě nejúspěšnější teorie lidstva si odporují — granularita by mohla tvořit most mezi nimi.
2) Povaha černých děr
Informace, které z nich „unikají“, dávají větší smysl v holografických modelech.
3) Počátek vesmíru
Big Bang by mohl být přechodovou fází mezi dvěma holografickými stavy, nikoli klasickou explozí.
4) Limit energie a rychlosti
Pixelovaná realita stanovuje absolutní hranice — fyzika dostává nový rámec.
Jak to víme: experimenty a teorie
1) Holometer (Fermilab)
Hledá holografický šum prostoru interferometrií na extrémní přesnosti.
2) LIGO a Virgo
Detektory gravitačních vln mohou zachytit odchylky v průchodu světla, které by granularita ovlivnila.
3) Fermi Gamma-ray Telescope
Zkoumá deformace světla z miliard světelných let vzdálených zdrojů.
4) Loop Quantum Gravity & Causal Dynamical Triangulations
Matematické modely, které přímo předpovídají kvantování prostoru.
5) Holografické modely černých děr (Susskind, Maldacena)
Ukazují, že prostor může být emergentním jevem vycházejícím z kvantové informace.
ČTĚTE TAKÉ: Proč Slunce vytváří na naší planetě magnetické jizvy — a co nám tím říká
Co je ještě sporné
Granularita prostoru je extrémně těžko měřitelná
Současné detektory mohou být o několik řádů méně citlivé, než by bylo třeba.
Holografický princip není dokázaný — je to matematická elegance, ne empirie
Zatím.
Může se stát, že prostor není „zrnitý“, ale něco ještě podivnějšího
Například síť vztahů mezi informacemi bez existujícího „prostoru“.
Pokud je vesmír pixelovaný, žijeme v realitě s nejjemnějším možným rozlišením
Granularita prostoru není jen fyzikální drobnost.
Je to myšlenka, která mění celý obraz reality: od černých děr po big bang, od gravitace po kvanta světla. Pokud je pravda, že existuje nejmenší možná jednotka prostoru, pak celý vesmír funguje jako kosmický displej — kde každá událost, každý foton a každý atom hraje svůj příběh v předem dané mřížce.
A až to zjistíme s jistotou, bude to jeden z největších objevů v historii vědy.
Zdroje
Hogan, C. J. (2012). Interferometers as probes of Planckian quantum geometry. Physical Review D.
Abbott, B. P., et al. (LIGO Scientific Collaboration). (2016). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters.
Amelino-Camelia, G. (2013). Quantum-Spacetime Phenomenology. Living Reviews in Relativity.
Susskind, L. (2014). The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. Little, Brown.
Maldacena, J. (1998). The Large-N Limit of Superconformal Field Theories and Supergravity. Advances in Theoretical and Mathematical Physics.
Fermi Gamma-ray Space Telescope Mission Papers, NASA.
Hogan, C. J. (2015). A Holometer test of holographic noise. Classical and Quantum Gravity.