Дослідники теоретизували існування «квазікристалів простору-часу» — структур, що поєднують простір і час у неповторному, але впорядкованому візерунку, — припускаючи, що ці утворення можуть лежати в основі самої структури всесвіту. Хоча раніше вони спостерігалися в матеріалах, таких як метеорити та уламки ядерних випробувань, ця концепція виходить за рамки трьох вимірювань і переноситься в чотиривимірну область простору-часу, описану теорією відносності Ейнштейна.
Природа Квазікристалів
Традиційні кристали демонструють ідеальне повторення: візерунок, який при зміщенні ідеально вирівнюється. Однак, квазікристали мають порядок без цієї регулярної повторюваності, характеристика, вперше виявлена в природних матеріалах, а потім синтезована в лабораторіях. Новим елементом тут є розширення цієї концепції на сам простір-час.
Чому це важливо: Стандартні моделі фізики припускають, що простір-час підпорядковується певним симетріям, таким як симетрія Лоренца, що означає, що закони фізики не повинні змінюватися для спостерігачів з різною швидкістю. Регулярні кристали та квазікристали порушують цю симетрію при спостереженні з різних систем відліку, але квазікристали простору-часу можуть запропонувати структуру, яка залишається незмінною незалежно від руху.
Теоретична Основа та Симетрія Лоренца
Моделі дослідників задовольняють симетрії Лоренца, будуючи ці структури з багатовимірних сіток. Ці сітки нарізаються під ірраціональним кутом — математичною константою, такою як кількість пі, яка не може бути виражена у вигляді простого дробу, — гарантуючи, що зріз ніколи не перетинає точки сітки безпосередньо. Ця відсутність перетину створює повторюваний непорядок, що визначає квазікристал.
По суті: Геометрія цих квазікристалів простору-часу буде виглядати ідентично для спостерігачів у стані спокою або тих, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Це критично важливо, оскільки багато фундаментальних законів фізики залежать від узгодженості спостережень у різних системах відліку.
Наслідки для Квантової Гравітації та Теорії Струн
Наслідки цих теоретичних структур сягають і інші області теоретичної фізики. Дослідники припускають, що квазікристали простору-часу можуть надати основу теорій квантової гравітації, які намагаються узгодити квантову механіку із загальною теорією відносності. У найдрібніших масштабах простір-час може бути не гладким, а скоріше роздробленим на дискретні точки. Квазікристали можуть пояснити, як це фрагментування дотримується симетрії Лоренца.
Більше того, моделі перетинаються з теорією струн, яка постулює, що всесвіт має десять вимірів, але тільки чотири з них безпосередньо спостерігаються. Вважається, що решта шести вимірів згорнуті в масштабах, надто малих для виявлення. Ці квазікристали простору-часу пропонують альтернативу: виміри всесвіту, що спостерігаються, побудовані з високорозмірної структури, нарізаної під ірраціональним кутом, створюючи ілюзію нескінченного простору і часу.
Статус і Майбутні дослідження
Самі дослідники визнають свою роботу “недоробленою”, вказуючи на те, що це попереднє дослідження. Проте математична елегантність концепції викликала інтерес у фізичному співтоваристві.
«Це гарна математика», — каже Грегорі Мур із Університету Рутгерса. “Фізика дуже спекулятивна”.
Потрібні подальші дослідження, щоб визначити, чи існують ці теоретичні структури в реальному світі або чи мають вимірний вплив. Тим не менш, припущення про квазікристали простору-часу пропонує новий спосіб поглянути на фундаментальну природу реальності.
