Výzkumníci teoretizovali existenci “časoprostorových kvazikrystalů” – struktur, které kombinují prostor a čas v neopakujícím se, ale uspořádaném vzoru – a naznačují, že tyto formace mohou být základem samotné struktury vesmíru. Ačkoli byly dříve pozorovány v materiálech, jako jsou meteority a zbytky jaderných testů, koncept přesahuje tři rozměry a přechází do čtyřrozměrné oblasti časoprostoru popsané Einsteinovou teorií relativity.
Povaha kvazikrystalů
Tradiční krystaly vykazují dokonalé opakování: vzor, který se po posunutí dokonale vyrovná. Kvazikrystaly však mají řád bez této pravidelné opakovatelnosti, což je vlastnost nejprve objevená v přírodních materiálech a poté syntetizovaná v laboratořích. Novým prvkem je zde rozšíření tohoto konceptu na samotný časoprostor.
Proč na tom záleží: Standardní modely fyziky předpokládají, že časoprostor se řídí určitými symetriemi, jako je Lorentzova symetrie, což znamená, že fyzikální zákony by se pro pozorovatele neměly měnit různými rychlostmi. Pravidelné krystaly a kvazikrystaly tuto symetrii narušují, když jsou pozorovány z různých referenčních soustav, ale kvazikrystaly v časoprostoru mohou nabídnout strukturu, která zůstává stejná bez ohledu na pohyb.
Teoretický základ a Lorentzova symetrie
Modely výzkumníků uspokojují Lorentzovy symetrie tím, že tyto struktury staví z vícerozměrných sítí. Tyto mřížky jsou řezány pod iracionálním úhlem – matematickou konstantou, jako je pí, kterou nelze vyjádřit jako jednoduchý zlomek – což zajišťuje, že řez nikdy přímo neprotíná body mřížky. Tento nedostatek průniku vytváří opakující se poruchu, která definuje kvazikrystal.
V zásadě: Geometrie těchto časoprostorových kvazikrystalů bude vypadat stejně jako pozorovatelé v klidu nebo pohybující se rychlostí blízkou rychlosti světla. To je kritické, protože mnoho základních fyzikálních zákonů závisí na konzistenci pozorování v různých vztažných rámcích.
Důsledky pro kvantovou gravitaci a teorii strun
Důsledky těchto teoretických rámců se rozšiřují do dalších oblastí teoretické fyziky. Výzkumníci naznačují, že časoprostorové kvazikrystaly by mohly poskytnout základ pro teorie kvantové gravitace, které se pokoušejí uvést do souladu kvantovou mechaniku s obecnou relativitou. V nejmenším měřítku nemusí být časoprostor hladký, ale spíše fragmentovaný do jednotlivých bodů. Kvazikrystaly mohou vysvětlit, jak tato fragmentace respektuje Lorentzovu symetrii.
Navíc se modely překrývají s teorií strun, která předpokládá, že vesmír má deset dimenzí, ale pouze čtyři z nich jsou přímo pozorovatelné. Předpokládá se, že zbývajících šest dimenzí je zhroucených v měřítkách příliš malých na to, aby je bylo možné detekovat. Tyto kvazikrystaly časoprostoru nabízejí alternativu: pozorovatelné dimenze vesmíru jsou konstruovány z vysokorozměrné struktury rozříznuté pod iracionálním úhlem, což vytváří iluzi nekonečného prostoru a času.
Stav a budoucí výzkum
Sami výzkumníci přiznávají, že jejich práce je „nedokončená“ a poukazují na to, že se jedná o předběžný výzkum. Matematická elegance konceptu však vyvolala zájem ve fyzikální komunitě.
„To je krásná matematika,“ říká Gregory Moore z Rutgers University. “Fyzika je velmi spekulativní.”
Je zapotřebí dalšího výzkumu, aby se zjistilo, zda tyto teoretické rámce existují v reálném světě nebo mají měřitelné dopady. Návrh prostoročasových kvazikrystalů však nabízí nový způsob, jak nahlížet na základní povahu reality.
