Tout au long de l'histoire de la science, de comprendre l'un des principaux objectifs est de savoir ce que l'univers est le plus élémentaire. Dans le monde macro moderne, les humains peuvent observer et d'interagir avec beaucoup de choses sont composées de particules plus petites et les lois fondamentales qui régissent leur composition. Toutes les choses sont faites d'éléments qui composent l'idée remonte des milliers d'années, de l'alchimie à la chimie à l'atome, au modèle standard, comprend également les concepts de base de l'univers quantique.
Nous avons souvent pensé comme un maillage espace à trois dimensions, lorsque l'on considère la notion de temps et de l'espace, ce n'est un cadre lié à la simplification excessive. A propos de l'espace et le temps sont discrètes ou continues, et la présence éventuelle question plus petite échelle reste sans réponse. Image: ReunMedia / Storyblocks
Bien qu'il y ait une bonne preuve que l'univers de toutes les entités quantiques de base sont dans une certaine mesure, mais cela ne signifie pas que tout est discret et quantifiée. Tant que nous ne comprenons pleinement la gravité des niveaux quantiques, l'espace et le temps au niveau de base peut encore être continue, il ne peut pas prouver que tout est discret et quantifiée, ce qui est humain jusqu'à présent connu.
Tous sont des particules sans masse à la vitesse de la lumière, y compris les photons, les gluons et les ondes gravitationnelles, portent respectivement les interactions électromagnétiques, nucléaires et gravitationnels forts. Chacun peut être considéré comme une énergie quantique discrète, mais si l'espace et le temps lui-même a tenu le même point de vue est inconnue. Image: NASA / Sonoma State University / Aurore Simonnet
Le concept de la mécanique quantique est dans la gamme assez petit, toutes choses contiennent de l'énergie, que ce soit énorme (comme l'électronique) ou sans masse (comme les photons) peut être décomposé en un seul quantum. Ceux-ci peuvent être considérés comme un paquet d'énergie quantique, ils se comportent parfois comme des particules se comportent parfois comme des ondes, en fonction de ce qu'ils interagissent avec les choses.
Chaque chose dans la nature suit les lois de la physique quantique, la loi « classique » applicable à une plus grande, un système plus large, et peut (au moins théoriquement) être dérivé de règles quantiques les plus élémentaires. Mais les choses ne sont pas toutes quantifiées zone discrète ou localisée est divisé en un espace.
Ce chiffre est la différence de niveau lutécium-177, le seul spécifique, les niveaux d'énergie discrets sont raisonnables, bien que le niveau est discret, mais la position de l'électron est pas discret. Image :. S.M. Litz et G. Merkel Armée Laboratoire de recherche, SEDD, DEPG Adelphi, MD
Par exemple: Si vous avez une bande conductrice métallique, puis demanda: « Où est-ce occupé avec des électrons? » Dans la bande électronique peut être arbitraire, continue. Un photon libre peut avoir toute longueur d'onde et de l'énergie, il n'y a pas discret du tout. Une substance est quantifiée, ou la nature du quantum, ne signifie pas que tout doit être discret.
Le temps et l'espace (l'espace et le temps, à cause de la théorie d'Einstein sont inséparables) peut être vue quantifiée peuvent être attribués à Heisenberg. Le fameux principe d'incertitude limite le montant indiqué comment mesurer avec précision les fondamentaux (tels que la position et l'élan). Heisenberg a constaté que quand ils ont essayé de calculer la théorie du champ quantique, une certaine quantité divergera, ou tend vers l'infini.
Cette figure illustre la relation d'incertitude inhérente entre la position et l'élan, lorsque la partie est connue de façon plus précise, l'autre dans la nature sont moins susceptibles d'être au courant. Image: Wikimedia Commons utilisateur Maschen
Si la distance est supposé que l'espace est minime, l'infinitif disparaîtra. Du point de vue des mathématiques ou de la physique, la théorie devient reconfigurable, ce qui signifie que nous pouvons calculer avec précision. On peut comprendre intuitivement en imaginant une particule quantique mettre dans la boîte. « Lorsque des particules? » Vous demande, vous pouvez mesurer, mais en même temps associé à l'incertitude apparaît: L'incertitude est / est proportionnelle à L, où est la constante de Planck, L est la taille de la boîte.
Si les particules sont limitées à un certain espace, et de tenter de mesurer ses propriétés, il y aura des problèmes avec la constante de Planck effets quantiques et proportionnelle à la taille de la cassette. Si la boîte est petite, au-dessous d'une certaine échelle, ces propriétés ne peuvent pas être calculés à partir. Photo: Andy Nguyen / UT école de médecine à Houston
En général, la partie principale de l'incertitude avec lui-même (/ L) par rapport à seulement une petite partie, mais si L est suffisamment faible ne serait pas le cas. Si cela est vrai, il est généralement ignoré par l'ajout d'éléments supplémentaires, tels que (L / 2), commencera une correction plus importante, ce qui est la raison pour laquelle il est très facile d'introduire un « rapport de coupure » ou non permis une plus petite L. Cette échelle de distance minimale, nous pouvons économiser beaucoup d'ennuis dans la physique quantique.
Lorsque l'on considère la gravitation non-quantitative, comme physicien Alden Mead dans les années 1960, il fait preuve: amplification gravitationnelle position de Heisenberg inhérente incertitude. Planck distance de longueur (compteur de puissance 35 moins 10) Les dimensions suivantes sont impossibles à exister. Depuis les années 1990, cet argument apparaît dans une nouvelle forme dans la théorie des cordes.
Large Hadron Collider derniers enregistrements montrent que nous interagissons avec les objets dans l'univers est très large gamme d'environ 10 ^ à l'échelle cosmique - la gamme de 19 mètres. Cependant, pour atteindre l'échelle de Planck a jeté un long, long chemin à parcourir. Image: Université de Nouvelle-Galles du Sud / Ecole de Physique
Mais pas une théorie finale de la gravité, nous ne savons donc pas nécessairement l'espace discret est pas vraiment un problème insurmontable. Heisenberg difficultés initiales dont il a essayé de modifier de nouveau la théorie de la désintégration Fermi. Sans la plus petite échelle, il ne peut être établie. Depuis le développement de la faible théorie de l'électricité et le modèle standard, plus besoin d'être une dimension minimum de processus de désintégration de discret, en théorie, une meilleure sans que cela peut être bien fait.
la gravité quantique à la théorie de la relativité générale d'Einstein et a essayé de la mécanique quantique ensemble. La gravité quantique classique peut être considérée comme la correction (en blanc comme représenté sur la figure). La figure bague, l'espace (ou le temps) est elle-même discrète ou continue n'a pas été déterminée. Image: SLAC National Accelerator Lab
Nous sommes donc maintenant si l'espace et le temps sont des problèmes dans quantifiées quelle position? Il y a trois possibilités se matérialisent, auront toutes les possibilités fascinantes conséquences.
1, est discret dans le temps ou dans l'espace
Imaginez, s'il existe le plus court possible, alors comment faire? Ceci est lié à un problème: dans la théorie de la relativité d'Einstein, rien ne peut mettre une échelle placée partout, et il sera raccourcie en fonction de votre vitesse par rapport à son mouvement. Si l'espace est quantifie, les gens seront déplacés sensiblement différentes échelles de longueur mesurée à des vitesses différentes!
déformation ondulée est illustrée et la structure de l'espace en raison de la qualité produite. Cependant, même si un certain nombre de choses se passent dans cet espace, qui lui-même n'a pas besoin d'être décomposé en quantum individuel.
Cela suggère fortement qu'il y aura un « privilège » d'affiche de référence avec une vitesse spécifique dans l'espace avec la plus grande échelle possible, et toutes les autres vitesses deviendront plus courtes. Tout le monde apprécie ce point de vue, ce point de vue vous permettra de renoncer à une partie importante des connaissances physiques, comme l'invariance de Lorentz ou d'une localité. Comme John Bates et Bill Lu ont souligné: temps discret à la théorie de la relativité générale a un problème majeur.
2, le temps et l'espace sont continus
D'autre part, nous voyons maintenant le problème ne peut pas être insurmontable, mais le produit de la théorie quantique de l'univers est incomplet. Le temps et l'espace peut être continue, même si elles sont dans la nature quantique, mais ils ne peuvent pas être sensiblement décomposées. Il peut être un espace comme la mousse, il y a une énorme fluctuations d'énergie à petite échelle, mais ne peut pas avoir la plus petite échelle. Lorsque nous avons réussi à trouver la théorie de la gravité quantique, il peut avoir un plutôt que la structure continue quantifiée.
concepts de mousse quantiques qui y sont décrites fluctuations quantiques dans d'énormes changements, et il est très important sur la plus petite échelle. Des fluctuations importantes dans l'énergie propre dans l'espace sur ces échelles. Image: NASA / CXC / M.Weiss
3, l'espace et / ou le temps peut être discrète ou continue, mais la résolution limitée obtenue
Ce touché le « réel », la différence entre « fondamentale » et ce qui est mesurable. Supposons qu'il y ait une structure continue, mais la capacité d'observation est limitée, lorsque la structure est réduite à une certaine distance sera quelque peu ambiguë. Ne le verra pas à la fin est continue ou discrète. Nous ne pouvons dire que nous ne pouvons pas encore résoudre la structure inférieure à une certaine échelle de longueur.
Des exemples de lumière dispersive de prisme passe à travers et est séparé en une couleur claire et la collision se produit lorsque les photons de haute énergie dans le cristal semblables à plusieurs. Si un photon pour régler la quantité de mouvement du cristal peut être un espace discret « niveau. » Image: Wikimedia Commons utilisateur Spigget
Inconcevable qu'il peut y avoir un moyen de tester s'il existe la plus petite échelle. Physicien Jacob Bekenstein trois ans avant sa mort a fait une brillante idée dans une expérience: un cristal photonique pour le faire à travers une petite quantité de mouvement. Etant donné que les photons peuvent (en continu) accordé à l'énergie, et par rapport à la dynamique des photons, la qualité du cristal est très grand, il devrait donc être possible de détecter le mouvement du cristal « étape » est discrète ou continue. S'il est suffisamment faible photons d'énergie, et l'espace est quantifiée, classe de cristal se soit en déplaçant un seul quantum, ou ne se déplace pas.
La figure est un plat, ouvert, il n'y a pas d'espace sous la forme de matières, d'énergie ou de courbure. Si cet espace est fondamentalement discret, nous devrions être en mesure de concevoir une expérience, au moins en théorie, être en mesure de démontrer ce comportement. Photo: Ambre Stuver / Living Ligo
Il y a une plus petites dimensions possibles dans l'espace ou le temps peut être, ce concept est fascinant, car il a été mis en avant a été en proie à des physiciens. Bien sûr, tout le matériel par la composition quantique, mais pas toute la matière est discrète. Dans la théorie de la relativité d'Einstein, l'espace et le temps sont toujours considérés comme deux parties reliées d'une structure continue. En théorie quantique des champs, l'espace-temps quantique est une étape de danse continue. Mais son noyau devrait être une théorie de la gravité quantique. « Discrète ou continue? » Cette question contient des possibilités fascinantes, y compris la possibilité aussi dans une certaine gamme savent pas. Bien que beaucoup de gens trouvent des moyens de résoudre ce problème, mais à ce stade a besoin de plus d'informations pour comprendre vraiment l'univers au niveau du niveau de base.
