Исследователи теоретизировали существование «квазикристаллов пространства-времени» — структур, объединяющих пространство и время в неповторяющемся, но упорядоченном узоре, — предполагая, что эти образования могут лежать в основе самой структуры вселенной. Хотя ранее они наблюдались в материалах, таких как метеориты и обломки ядерных испытаний, эта концепция выходит за рамки трех измерений и переносится в четырехмерную область пространства-времени, описанную теорией относительности Эйнштейна.
Природа Квазикристаллов
Традиционные кристаллы демонстрируют идеальное повторение: узор, который при смещении идеально выравнивается. Однако, квазикристаллы обладают порядком без этой регулярной повторяемости, характеристика, впервые обнаруженная в природных материалах, а затем синтезированная в лабораториях. Новым элементом здесь является расширение этой концепции на само пространство-время.
Почему это важно: Стандартные модели физики предполагают, что пространство-время подчиняется определенным симметриям, таким как симметрия Лоренца, что означает, что законы физики не должны меняться для наблюдателей с разной скоростью. Регулярные кристаллы и квазикристаллы нарушают эту симметрию при наблюдении из разных систем отсчета, но квазикристаллы пространства-времени могут предложить структуру, которая остается неизменной независимо от движения.
Теоретическая Основа и Симметрия Лоренца
Модели исследователей удовлетворяют симметрии Лоренца, строя эти структуры из многомерных сеток. Эти сетки нарезаются под иррациональным углом — математической константой, такой как число пи, которая не может быть выражена в виде простой дроби, — гарантируя, что срез никогда не пересекает точки сетки напрямую. Это отсутствие пересечения создает повторяющийся непорядок, определяющий квазикристалл.
По сути: Геометрия этих квазикристаллов пространства-времени будет выглядеть идентично для наблюдателей в состоянии покоя или движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Это критически важно, поскольку многие фундаментальные законы физики зависят от согласованности наблюдений в разных системах отсчета.
Последствия для Квантовой Гравитации и Теории Струн
Последствия этих теоретических структур простираются и на другие области теоретической физики. Исследователи предполагают, что квазикристаллы пространства-времени могут предоставить основу для теорий квантовой гравитации, которые пытаются согласовать квантовую механику с общей теорией относительности. В мельчайших масштабах пространство-время может быть не гладким, а скорее раздробленным на дискретные точки. Квазикристаллы могут объяснить, как это фрагментирование соблюдает симметрию Лоренца.
Более того, модели пересекаются с теорией струн, которая постулирует, что вселенная имеет десять измерений, но только четыре из них непосредственно наблюдаемы. Считается, что остальные шесть измерений свернуты в масштабах, слишком малых для обнаружения. Эти квазикристаллы пространства-времени предлагают альтернативу: наблюдаемые измерения вселенной построены из высокоразмерной структуры, нарезанной под иррациональным углом, создавая иллюзию бесконечного пространства и времени.
Статус и Будущие Исследования
Сами исследователи признают свою работу «недоделанной», указывая на то, что это предварительное исследование. Тем не менее, математическая элегантность концепции вызвала интерес в физическом сообществе.
«Это красивая математика», — говорит Грегори Мур из Университета Рутгерса. «Физика очень спекулятивна».
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, существуют ли эти теоретические структуры в реальном мире или оказывают измеримое воздействие. Тем не менее, предположение о квазикристаллах пространства-времени предлагает новый способ взглянуть на фундаментальную природу реальности.
