Naukowcy wysunęli teorię na temat istnienia „kwazikryształów czasoprzestrzennych” – struktur łączących przestrzeń i czas w niepowtarzalny, ale uporządkowany wzór – sugerując, że formacje te mogą leżeć u podstaw samej struktury wszechświata. Chociaż obserwowano je wcześniej w materiałach takich jak meteoryty i pozostałości testów nuklearnych, koncepcja ta wykracza poza trzy wymiary i obejmuje czterowymiarowy obszar czasoprzestrzeni opisany w teorii względności Einsteina.
Natura kwazikryształów
Tradycyjne kryształy charakteryzują się doskonałą powtarzalnością: wzór, który po przesunięciu idealnie się dopasowuje. Jednak kwazikryształy mają porządek bez regularnej powtarzalności, cechy odkrytej po raz pierwszy w materiałach naturalnych, a następnie zsyntetyzowanej w laboratoriach. Nowym elementem jest tutaj rozszerzenie tej koncepcji na samą czasoprzestrzeń.
Dlaczego to ma znaczenie: Standardowe modele fizyki zakładają, że czasoprzestrzeń podlega pewnym symetriom, takim jak symetria Lorentza, co oznacza, że prawa fizyki nie powinny zmieniać się dla obserwatorów przy różnych prędkościach. Regularne kryształy i kwazikryształy łamią tę symetrię, gdy są obserwowane z różnych układów odniesienia, ale kwazikryształy czasoprzestrzeni mogą oferować strukturę, która pozostaje taka sama niezależnie od ruchu.
Podstawy teoretyczne i symetria Lorentza
Modele badaczy spełniają symetrie Lorentza, budując te struktury z wielowymiarowych siatek. Siatki te są krojone pod irracjonalnym kątem – stałą matematyczną, taką jak pi, której nie można wyrazić jako ułamek prosty – dzięki czemu plasterek nigdy nie przecina bezpośrednio punktów siatki. Ten brak przecięcia tworzy powtarzający się nieporządek, który definiuje kwazikryształ.
Zasadniczo: Geometria tych kwazikryształów czasoprzestrzennych będzie wyglądać identycznie jak u obserwatorów w spoczynku lub poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ wiele podstawowych praw fizyki zależy od spójności obserwacji w różnych układach odniesienia.
Implikacje dla grawitacji kwantowej i teorii strun
Konsekwencje tych ram teoretycznych rozciągają się na inne obszary fizyki teoretycznej. Naukowcy sugerują, że kwazikryształy czasoprzestrzenne mogą stanowić podstawę dla teorii grawitacji kwantowej, które próbują pogodzić mechanikę kwantową z ogólną teorią względności. W najmniejszych skalach czasoprzestrzeń może nie być gładka, ale raczej podzielona na dyskretne punkty. Kwazikryształy mogą wyjaśnić, w jaki sposób ta fragmentacja uwzględnia symetrię Lorentza.
Co więcej, modele te pokrywają się z teorią strun, która postuluje, że Wszechświat ma dziesięć wymiarów, ale tylko cztery z nich są bezpośrednio obserwowalne. Uważa się, że pozostałe sześć wymiarów uległo zapadnięciu w skali zbyt małej, aby można było je wykryć. Te kwazikryształy czasoprzestrzeni oferują alternatywę: obserwowalne wymiary wszechświata zbudowane są z wielowymiarowej struktury przeciętej pod irracjonalnym kątem, tworząc iluzję nieskończonej przestrzeni i czasu.
Status i przyszłe badania
Sami badacze przyznają, że ich praca jest „niedokończona”, zaznaczając, że są to badania wstępne. Jednak matematyczna elegancja tej koncepcji wzbudziła zainteresowanie społeczności fizyków.
„To piękna matematyka” – mówi Gregory Moore z Rutgers University. „Fizyka jest bardzo spekulacyjna”.
Konieczne są dalsze badania, aby ustalić, czy te ramy teoretyczne istnieją w świecie rzeczywistym i czy mają wymierne skutki. Jednakże propozycja dotycząca kwazikryształów czasoprzestrzennych oferuje nowy sposób spojrzenia na fundamentalną naturę rzeczywistości.
