Вселенная, в которой пространство-время становится дискретным

В новом теоретическом исследовании проанализирована модель, которая позволяет «сохранить» Специальную теорию относительности, в то же время примирив её с дискретностью пространства-времени путем введения в масштабах микромира отклонений от принципа локальности. Основное преимущество этой модели состоит в том, что она предполагает экспериментальную проверку, результаты измерений в рамках которой будут характеризоваться высокой точностью.

Основным препятствием, не позволяющим объединить между собой Квантовую теорию гравитации и Общую теории относительности, является существование в рамках первой теории базовой, неделимой длины, которая не изменяется при переходе из одной движущейся со скоростью, сравнимой со скоростью света, системы отсчета в другую, условно неподвижную систему отсчета – что противоречит положениям второй из этих теорий.

Для объединения этих концепций в новой работе физики во главе со Стефано Либерати из Международной школы перспективных исследований предлагают сохранение инвариантности относительно преобразований Лоренца на малых масштабах за счет введения в теорию нелокальных эффектов. Фактически это означает, что на некотором масштабе на определенную точку пространства-времени будет оказывать влияние не только ближайшее окружение, но и области, расположенные вдали от неё.

Уникальность гипотезы Либерати и его коллег, как уже говорилось, состоит в том, что она предполагает экспериментальную проверку. Для осуществления этой проверки ученые строят установку, включающую кремниевый чип весом несколько микрограмм, который при температурах, близких к абсолютному нулю, подвергается облучению лазером, в результате чего происходят гармонические осцилляции частиц в решетке кристалла. Для описания движения осциллирующих частиц ученые предложили две функции, одна из которых учитывает нелокальные эффекты, а вторая не учитывает эти эффекты. В ходе эксперимента, проводимого на такой установке, ученые смогут определить границу длин, после достижения которой начинают проявляться квантовые нелокальные эффекты. При отсутствии проявления в ходе эксперимента нелокальных эффектов исследователи будут искать границу перехода на более высоком уровне энергий. Авторы работы считают, что в пределе эксперименты могут подтвердить нарушение принципа локальности даже на масштабах планковских длин волн.

Исследование появилось в журнале Physical Review Letters.