Po stopách kvantového priestoru

Relatívne skoro po objave kvantovej mechaniky sa premýšľalo, na čo všetko by sa jej pravidlá mali vzťahovať. Mal by sa ňou okrem hmoty a polí riadiť aj samotný priestor? Vyzeralo to ako dobrý nápad, ktorý z fyziky odstránil niektoré nepríjemné nekonečná. Mal však svoje prekážky a tak sa na neho na desaťročia zabudlo.

K slovu sa myšlienka kvantového priestoru dostala znovu v druhej polovici minulého storočia, kedy sa ľudia začali zamýšľať nad kombináciou kvantovej a gravitačnej fyziky. Nápadov ako to zrealizovať bolo viac, experimentov ktoré by medzi nimi dokázali rozlíšiť pomenej. Dôvod je jednoduchý – kvantová povaha priestoru sa prejaví na takých energetických škálach, že na ich pozorovanie potrebujeme časticový urýchľovač o rozmeroch slnečnej sústavy.

Ak nedosiahneme obrovské energie, je efekt malinký. Jednou z možností, ako sa prejaví, je, že vysokoenergetické svetlo cestuje vákuom pomalšie, než nízkoenergetické. Keď preletí jeden meter, oneskorí sa, v závislosti od teórie a svojej energie, o takú kvadriliardtinu sekundy. To je nepredstaviteľne malý a teda zatiaľ priamo netestovateľný efekt.

S týmto by sme nápad mohli schovať do šuflíka. Nezúfajte však, máme záchranu! Existujú fotóny, ktoré za život nepreleteli pár metrov či kilometrov, ale miliardy svetelných rokov. Drobný efekt sa tak dokáže vysčítať, znovu v závislosti od presnej energie a teórie, na milisekundy až sekundy. A to už sa pozorovať dá!

Postup je takýto: najprv si počkajte na silný gama záblesk. Ide o vysokeenergetický intenzívny signál, ktorý je vidieť krížom cez celý (pozorovateľný) vesmír. Následne sa pozrite, či niektoré fotóny predbehli iné fotóny. Toto je náročné, treba určiť ktoré fotóny vyrazili naraz, ale v princípe dosiahnuteľné (napríklad vďaka netriviálnej krivke žiarivosti). Dopasujte dáta na nachystaných rovníc a voilá, máte výsledok.

Na niečom podobnom sa pracuje už roky, výsledky sú zatiaľ mierne optimistické. Čaká sa na teleskop šitý na túto úlohu, analýza už dostupných dát však naznačuje, že efekt spomaleného svetla vidíme – a dokonca silnejší, než sme čakali. To by bola dobrá správa. Zlá je, že k podobnému výsledku vedia viacero teórií: kvantová štruktúra priestoru, narušenie Lorenztovskej symetrie, dvojšpeciálna relativita a iné ľubozvučné názvy. Takže ak sa aj efekt potvrdí, nebudeme vedieť povedať, čo presne ho spôsobilo.

Na druhú stranu, javí sa, že máme na dosah ruky pozorovanie efektu, ktorý sme dlho považovali za nepozorovateľný a zároveň úplne kľúčový pre porozumenie vesmíru na úplne fundamentálnej úrovni. Myslím, že sa máme na čo tešiť!

Odborný článok: Quantum gravity phenomenology at the dawn of the multi-messenger era