211service.com
Hvorfor rumtid på den mindste skala kan være todimensionel
I 1973 udgav George Ellis og Stephen Hawking en bog kaldet The Large Scale Structure of Spacetime. Deres mål, sagde de, var at forstå rumtid på skalaen fra 10^(-13)cm til 10^28cm eller, med andre ord, fra størrelsen af elementarpartikler til universets radius.
Det lyder måske ambitiøst, men næsten 40 år senere har kosmologer stort set nået det, siger Steve Carlip, en teoretisk fysiker ved University of California, Davis. Efter vores bedste evne til at måle sådan noget, opfører det sig som en glat (3+1)-dimensionel Riemann-manifold.
Det er grunden til, at teoretiske fysikere har rettet deres opmærksomhed mod rumtidens struktur på endnu mindre skalaer. Der er dog et problem her. For det meste har vi hverken direkte observationer eller en generelt accepteret teoretisk ramme til at beskrive rumtidens meget lille skalastruktur, siger Carlip. Faktisk er der ingen, der er helt sikre på, om begreberne 'rum' og 'tid' har nogen rimelig betydning i denne skala.
I dag skitserer Carlip sit eget fascinerende bud på problemet, som er, at rumtid på den mindste skala kan være todimensionel. Selvom det kan virke lidt kontraintuitivt, siger han, at der er et stigende antal indikatorer (beviser er et for stærkt ord), der peger på den konklusion.
Carlip siger, at nyere arbejde inden for sløjfekvantetyngdekraft, højtemperaturstrengteori, renormaliseringsgruppeanalyse anvendt på generel relativitet og andre områder inden for kvantetyngdekraftforskning, alt sammen antyder en todimensionel rumtid på den mindste skala. I de fleste af disse tilfælde kollapser antallet af dimensioner simpelthen i en proces, der kaldes spontan dimensionsreduktion, efterhånden som skalaen reduceres.
Et åbenlyst spørgsmål er, at hvis kun to dimensioner er til stede på denne skala, hvilke to er de så? Carlip beregner, at de skal være en af tid og en af plads. På hvert punkt udvælger dynamikken en foretrukken rumlig retning, hvilket fører til cirka (1+1)-dimensionel lokalfysik, siger han.
Han bevæger sig derefter ind på interessant territorium med påstanden om, at denne foretrukne retning skal bestemmes klassisk og derefter randomiseres af de fysiske processer, der arbejder på disse skalaer. Det lyder fristende som en skjult variabel teori af den slags, der kunne glæde mindst én nobelprisvindende fysiker.
Million dollar-spørgsmålet er, om Carlips holdning til emnet er korrekt. Han indrømmer muntert, at ideen stadig er meget spekulativ. Det adskiller det ikke på nogen væsentlig måde fra meget af resten af moderne kosmologi.
Men i modsætning til mange kvantetyngdekraftsteoretikere antyder Carlip den slags eksperimenter, der kan bevise, at han har ret. Den proces, jeg har beskrevet, bryder Lorentz-invariansen på Planck-skalaen, og selv små krænkelser i den skala kan forstørres og føre til observerbare effekter i store skalaer, siger han.
Det er en interessant tanke. Hvad han siger er, at fysikkens love på denne skala burde ændre sig i overensstemmelse med den retning, du rejser i. Og selvom de konstant vil variere på en tilfældig måde, kunne det stadig være målbart i et tilstrækkeligt smart eksperiment.
Det er på tide, at eksperimentalisterne får deres tænkehætter på.
Ref: arxiv.org/abs/1009.1136 : Rumtidens struktur i lille skala