Rána pod pás pro kvantovou zrnitost prostoru  
Data evropské orbitální gama observatoře INTEGRAL s překvapivou razancí snižují možnou velikost případných kvant prostoru na pouhých 10 na mínus 48 a méně. Je to umíráček pro koncept vesmíru jako nesmírného hologramu?

 

Zvětšit obrázek
Analyzovaný gama záblesk z 19. prosince 2004. Kredit: ESA/SPI Team/ECF

Einsteinova obecná teorie relativity pracuje s prostorem jako se zcela hladkým spojitým tkanivem. Kvantová fyzika zase naznačuje, že by prostor měl být v nejmenších rozměrech „zrnitý“, tak jako zrnka písku na nesmírné mořské pláži. Tyto dva světy rovnic a teorémů se na první pohled zdají být jako oheň a voda. Je také všeobecně známo, že stárnoucí Einstein nebyl z kvantové fyziky nijak zvlášť nadšený, přestože se původně sám významně podílel na jejím vzniku. Navzdory tomu se moderní fyzika usilovně snaží tyto dva veliké koncepty usmířit do jednoho rámce, dejme tomu teorie kvantové gravitace. Povaha prostoru je tedy nevyhnutelně zapletena do horkých fyzikálních třenic, v nichž se doslova hraje o podstatu celého bytí.

 

Zvětšit obrázek
Evropská orbitální gama-observatoř Integral. Kredit: ESA/Medialab.

 

Nedávno na tomto kolbišti došlo k významnému zvratu, který nepochybně citelně zasáhne do spletitých představ o povaze prostoru. Zasloužil se o to Philippe Laurent z výzkumného centra francouzského úřadu pro atomovou energii CEA Saclay, který s dalšími kolegy analyzoval data orbitální laboratoře INTEGRAL (International Gamma Ray Astrophysics Laboratory), pozorující od 17. října 2002 v žoldu Evropské kosmické agentury (ESA) astronomické zdroje gama záření. Podle výpočtů by totiž zrnka prostoru dle konceptu kvantové fyziky měla působit na procházející paprsky gama záření a ovlivňovat jejich polarizaci. Teorie praví, že by vysokoenergetické gama záření mělo být ovlivněno více, než paprsky gama s nižší energií a z rozdílu jejich polarizací by mělo být možné odhadnout velikost kvant prostoru.

 

 

Laurent a spol. pracovali s údaji kamery IBIS (Imager on Board INTEGRAL Spacecraft), která 19. prosince 2004 nasnímala jeden z nejsilnějších pozorovaných záblesků gama z vesmíru (gamma-ray burst, GRB) v historii, označený jako GRB 041219A. Tento spektakulární výtrysk energie byl tak jasný a zřetelný, že u něj sonda INTEGRAL mohla přesně změřit polarizaci gama záření. Badatelé se prý velmi usilovně snažili najít rozdíly v polarizaci různých úrovní gama záření tohoto záblesku, ale nenašli vůbec nic, alespoň v rozsahu citlivosti použitých přístrojů. Na první pohled se nestalo zase tak moc, ale ve skutečnosti jde o poměrně zásadní výsledek, který otřese základy fyziky a pravděpodobně odstřelí některé z teorií superstrun a teorií smyčkové kvantové gravitace. Podle těchto konceptů by se totiž velikost zrnek prostoru měla pohybovat kolem 10 na mínus 35 metru. Pokud se někde nestala chyba, tak data INTEGRALu teď poměrně nesmlouvavě omezují velikost případných kvant prostoru na maximálně 10 na mínus 48 metru.

 

Zvětšit obrázek
Co se děje s informací v černé díře? Kredit: NASA, Wikimedia Commons.

 

Je to tragédie i pro příznivce takzvaného holografického principu navrženého Gerardem ´t Hooftem a Leonardem Susskindem, podle jehož ambiciózní všeobjímající varianty veškerá hmota vlastně zabírá plochu a ne objem a celý vesmír by tudíž měl být hologramem vyjadřujícím informaci vtištěnou v jeho hranicích. Tento sympaticky šílený a velmi poetický koncept mimo jiné v myšlenkovém rámci superstrun řešil takzvaný informační paradox černých děr, který je vlastně dítkem šarvátek mezi obecnou teorií relativity a kvantovou fyzikou.

Zvětšit obrázek
Co si teď myslí o vesmíru jako hologramu? Kredit: Doug Wheller, Wikimedia Commons.

Nejoriginálnější mozky planety si už dlouho žhaví závity s tím, jak probíhá vypařování černých děr a co se stane s informací o hmotě, kterou během života černá díra pohltí. Ztratí se tato informace? Nebo snad nějak zázračně unikne do okolního vesmíru? Kvantová fyzika zakazuje, aby se informace ztrácela, ale i možné scénáře úniku informace z černých děr vypadají navýsost podezřele. Někde tady je prostě něco špatně, ale zatím jenom tápeme. Na informačním paradoxu černých děr si vylámal zuby i Stephen Hawking, který ohledně něho prohrál slavnou sázku s Johnem Preskillem o encyklopedii baseballu. Hawking měl tehdy za to, že informace v černé díře zcela zmizí a posléze frajersky uznal, že se mýlil. Musel čelit i holografickému vesmíru, který se zdál být dobrým řešení potíží s informací v černých děrách. V tuto chvíli je ale skoro určitě s holografickým vesmírem konec, alespoň v jeho dosavadní podobě.

 

 

Orbitální laboratoř INTEGRAL uskutečnila podobné pozorování už v roce 2006, kdy analyzovala polarizaci gama záření z Krabí mlhoviny, což je pozůstatek supernovy ve vzdálenosti cca 6500 světelných let, tedy takřka za rohem. Nové pozorování je ale mnohem závažnější, protože zdroj záblesku gama GRB 041219A je zřejmě mnohem dál, ve vzdálenosti nejméně 300 miliónů světelných let. Odborníci předpokládají, že by se případný vliv kvant zrnitého prostoru na paprsky gama záření měl se vzdáleností zdroje od Země zvětšovat a když Laurent a spol. i tak nic nenašli, tak je to opravdu průšvih. Teoretičtí fyzici se teď musejí oklepat z utrpěného šoku a pak začít kroutit svoje teorie a úvahy podle nového stavu věcí.

 

Prameny:

ESA News 30.6. 2011, Physical Review online 28.6. 2011, Scinet.cz, Wikipedia (INTEGRAL, Holographic principle, Black hole information paradox).

Datum: 07.07.2011 22:50
Tisk článku

Fyzika v příkladech II - Samek Ladislav, Vlčák Petr
 
 
cena původní: 450 Kč
cena: 387 Kč
Fyzika v příkladech II
Samek Ladislav, Vlčák Petr

Diskuze:

Oponuji

James Bond,2011-09-20 20:00:24

Ad.:"Podle výpočtů by totiž zrnka prostoru dle konceptu kvantové fyziky měla působit na procházející paprsky gama záření a ovlivňovat jejich polarizaci. Teorie praví, že by vysokoenergetické gama záření mělo být ovlivněno více, než paprsky gama s nižší energií a z rozdílu jejich polarizací by mělo být možné odhadnout velikost kvant prostoru." Pokud ty "výpočty" mají mít nějakou hodnověrnost, musí být k něčemu konkrétnímu s konkrétními vlastnostmi přiřazeny. Musí jít tedy o důkaz tohoto tvrzení. Pokud vím, fyzika o elementech prostoru neví nic. Tak jakýpak důkaz výpočtem? To jsou metody-nemetody dnešních fyziků. Přenos z dálav vesmíru je evidentně stoprocentní, přenosový element nijak procházející foton neomezuje. Tuto vlastnost má jen jediný element a tím je neutrino (elektronové), které má ojedinělou interakci pouze s jádrem atomu a to ještě od určité rychlosti (kinetické energie). Vylučovat tedy možnost struktury prostoru tímto způsobem "dle konceptu kvantové fyziky" je hrubé zkreslování v cestě fyziky. A to se stále častěji opakuje. Věda si tak vytváří umělé bariéry, přes které už cesta nevede a veškerý pokrok je v háji. Na jednu jobovku se vrství druhá a další a pak je věda v tunelu.

Odpovědět

napr.

Mr Magnifico,2011-07-19 09:37:53

napr. na filtry na pitnou vodu pro africke staty, na kondomy pro haiti, na vzdelani deti v indii...

to je fuk, nikdy jsem netvrdil, ze je to nejvetsi plytvani zdroju v historii a uz vubec se nebavim o armade us (ani o te nasi :). a mas pravdu, ze ten primer byl prestreleny, ale umyslne, chtel jsem tim naznacit, ze by mozna bylo rozumnejsi resit casticovou fyziku na papire nez stavet obri urychlovace za obri sumy, proste at mi nikdo netvrdi, ze si na sebe LHC vydela. jinak s temi GPS to byl dobry priklad...

mno nic dost reci

Odpovědět


Martin Kovář,2011-07-19 12:22:34

Zkrátka chceš říct, že peníze by jsi dal spíš na humanitární účely, než na vědu. Víš problém asi je, že ty peníze se na podobné účely už stehně vynakládají. A stejně se tím až tak moc nevyřeší. Hodně problémů třeba právě v Africe je způsobeno tamější politickou situací. Aby jsi vyřešil nějaké ty problémy, musel by jsi často změnit samotné myšlení těch lidí. Ale dost o tom, vraťmě se k fyzice.
Bohužel, fyzika a vlastně všechny přírodní vědy, kromě matematiky, se nedají dělat metodou tužka-papír. Různé teorie a hypotézy je třeba ověřovat. A jediný způsob, jak je ověřit, je experiment. A také je nutné zmeřit hodnoty různých parametrů, přítomných v těch teoriích. A proto se staví různé přístroje typu LHC a podobně. Navíc, pánové typu Newton a další taky museli experimentovat. S prostým pozorováním přírody si taky nevystačili.
Nikdo nečeká, že si třeba LHC na sebe přímo vydělá. Není to továrna na prachy ale na vědomosti. A řekl bych, že tyto vědomosti budou jednou mít mnohonásobně větší hodnotu, než kolik se na jejich získání investovalo. Alespoň z mého úhlu pohledu, je dost možné, že tyto vědomosti jednou povedou k využití v třeba energetice. Nebo v případě, že se jednou lidé vydají ke hvězdám (alespoň v to doufám), budou tyto vědomosti opět využity.

Odpovědět

m

Mr Magnifico,2011-07-17 23:14:12

netvrdil jsem, ze jsou k nicemu, spise, ze jejich vyuziti velmi casto mnohonasobne pokulhava za snahou nekolika looseru, kteri si pokousi splnit detsky sen (to v lepsim pripade). znam takovych projektu nekolik a jen cekam az me cern presvedci o tom, ze neni prave jednim z nich. jsem rad, ze takovy projekt vznikl, ale jak se rika, za jakou cenu. jen k zamysleni, kolik prosdredku meli Leonhard Paul Euler, Newton ci Babage? nerikam, ze se da casticova fyzika delat jen na papire, ale znam par tisic zajimavejsich a dulezitejsich veci, kam by se daly tyto zdroje investovat. zkuste se proste na vec podivat z trochu jineho uhlu pohledu, chapu, ze jsou vsude prizivnici, ale ve vede to proste nevidim rad

Odpovědět


Martin Kovář,2011-07-18 21:15:32

Řekl bych, že srovnávat prostředky, které se na vědu vynakládali lidé jako byli Newton, Euler a další, s prostředky, které jsou vynakládány dnes, je absurdní. Tehdy stačilo provádět téměř triviální experimenty a byl z toho objev. Tohle je dnes prakticky nemožné.
Co se týče investic, tak právě investice do vědy se z dlouhodobého hlediska vyplatí. A ve skutečnosti jsou do ní investovány až směšné částky ve srovnání s jinými věcmi. Nedávno kupříkladu dorazilo srovnání ročního rozpočtu NASA a náklady na klimatizaci armádních stanů v Afghánistánu. NASA - 18,7 miliard dolarů, stany - 20 miliard dolarů.
PS: A do čeho by jsi vlatně chtěl dát ty peníze?

Odpovědět

Ovlivnění polarizace prostorem

Martin Kovář,2011-07-17 10:29:18

Celkem by mě zajímalo, jak by vlastně měl ten prostor ovlivnit polarizaci záření? Mělo by jít o stáčení roviny polarizovaného světla a nebo spíše o depolarizaci? A jaký by měl být kdyžtak mechanismus?
V případě, že by šlo o stáčení roviny polarizovaného světla, neznamenalo by to předpoklad anizotropie prostoru?

Odpovědět

mr. Magnifico

Ondrej Pisarčik,2011-07-15 18:38:29

Pre Vás mr. Magnifico budem niečo citovať z knihy Za hranicami nanosveta:
Je potrebné si uvedomiť, že je stále obťiažnejšie predstaviť si praktické využitie nových poznatkov. Už Faraday vraj na otázkupremiéra B. Disraeliho, na čo by mohla byť užitočná elektrina, odpovedal: To neviem, ale som si istý, že štát z nej raz bude vyberať dane.
Mimochodom, vďaka výskumom v CERNe dnes môžeme využívať zariadenia ako je PET. Krásna ukážka využitia výsledkov časticovej fyziky. Kto by len povedal v časoch,keď CERN len vznikal, že niečo podobného budeme mať???
Podľa môjho názora, každý výskum v hocijakej oblasti je potrebný. Veď sa len pozrime nato, aké peniaze idú do výskumu nových chemických zlúčenín a pritom len malá časť nových objavených zlúčenín má praktické využitie. Ale bez toho by to nešlo.

Odpovědět


Martin Kovář,2011-07-17 11:02:02

Já bych jen doplnil, že v historii vědy bylo celkem dost objevů, které na využití čekaly celkem dost dlouho. Typickým příkladem jsou masery a lasery. Trvalo to asi 40 let, než někdo využil stimulované emise světla a vyrobil první maser. A dalších pár let, než někdo jiný vyrobil první laser. Jiným příkladem je Obecná teorie relativity. Ta čekala na praktické využití zhruba 80 let - jen pro informaci neobejde se bez ní GPS. A tak by se dalo pokračovat dál.
Myslet si, že třeba částicová fyzika, astrofyzika, kosmologie, popřípadě i další obory jsou k ničemu, je projevem totální ignorance a krátkozrakosti.

Odpovědět

mr. Valonis

Mr Magnifico,2011-07-14 17:06:00

chapu, ze argumentace ad hominem vam problem nedela, reakci jsem psal vcera po 15 pivech a nejakem tom drinku, takze zadny vyznamnejsi grammer check neprobehl - za coz se ovsem neomlouvam, jelikoz uprednostnuji obsah pred formou(znovu paralela k cernu). faktem zustava, ze vase apologetika LHC byla naprosto mimo misu. Pokud chcete reagovat tak, abych tomu venoval pozornost, pokuste se navazat na podstatu meho prispevku a podobne bezduche a excentricke vykriky si nechte pro sebe

pokud je vam muj nazor ukradeny nebo nejsteli schopen smysluplne zodpovedet mou otazku, prosim, nereagujte - orel much nelapa a ja mam rad posledni slovo.

Odpovědět

omg

Mr Magnifico,2011-07-14 01:41:37

ac si hloupa otazka zada hloupou odpoved tohle je trochu moc, nemam silu se k vasemu prispevku vyjadrovat, michate jabka s hruskama valkou proti asijskym narodum, doporucuji si zajit na cerstvi vzduch

vsechno zle se dosti lisi od zdanlive nepotrebneho, nechapu tento primer

rozbijeni vakua srovnavat s valkou, jako nevim no, porad si o fyzicich nemyslim to, co o armade a statnich zastupcich

nezlobte se, ale tak debilni prispevek jsem necekal

Odpovědět


Pardon, Mr. Magnifico

Petr Valonis,2011-07-14 10:54:02

Asi jsem vás dost přecenil; tedy vaši schopnost domýšlet souvislosti. I ta gramatika by si vyžadovala občas zopáknout /čerství(!) vzduch/ Ještě jednou, pardon! Ani já jsem podobně "fundovanou" reakci neočekával.

Odpovědět

Hej, mistře Magnifico,

Petr Valonis,2011-07-13 22:44:09

Ta teoretická fyzika je opravdu úžasná zábava. Třeba s tím LHC. Ionty těžkých prvků do sebe bijou jak titáni z řeckých bájí.Rozbíjejí při tom na prvočinitele obrovské shluky kvartonů-částic vakua a z detektorů se jen kouří jak lapají clustery těch rozdrvených prvočinitelů z nichž mnohé se včas stačily opět "poslepovat" v plejádu mesonů, baryonů, leptonů a pod. Ale stará lidová moudrost praví, že všechno špatné (a zdánlivě nepotřebné)je k něčemu dobré. Všechny velké objevy v částicové fyzice byly realizovány na koliderech. V každém případě je tohle 'rozbíjení vakua' světu méně nebezpečné a mnohem, mnohem levnější než válka proti asijským národům.

Odpovědět

A je to tu zase

Mr Magnifico,2011-07-13 12:01:25

Zadne vysledky, chlapci trochu skromnosti do te teorie prosim, racionalni skeptik musi uznat, ze lepsi nez po tisici ohybat stromek je pokusit se zasadit novy, ohybani se ovsem vzdy zda jako snadnejsi a efektivnejsi varianta

je to hezka zabava ta teoreticka fyzika, ale platit by za to nikomu nemeli, natoz investovat do velkych projektu, nekrizujte me, ale pokud se tu sejdem za 20 let, neverim, ze LHC prijde s nejakym kulervoucim objevem stejne jako, ze by si na sebe svymi vedlejsimi produkty badani vydelal

prosim, zkuste mi to nekdo vyvratit

Odpovědět

Jiří Havránek,2011-07-11 08:48:55

jaký jev je podkladem pro představu ovlivnění polarizace v závislosti na vlnové délce?
Není zde někde popis měření různých rychlostí pro různě polarizované světlo ve vakuu?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace