Физик предложил способ обнаружения пространственно-временной пены

Квантовая пена появляется на очень маленьких расстояниях. Изображение с сайта zamandayolculuk.com

Сотрудник Еврейского университета в Иерусалиме Яков Бекенштейн (Jacob D. Bekenstein) предложил схему относительно простого эксперимента, который, по его мнению, позволит обнаружить флуктуации пространства на планковских величинах расстояния. Статья ученого пока не прошла рецензирование, но ее препринт выложен в архиве Корнельского университета. Кратко содержание работы пересказывает блог издания Technology Review.

Пространственно-временной пеной называют флуктуации, которые возникают на крайне малых расстояниях - гораздо меньших, чем размер атомного ядра. Такие расстояния (около 10^-35 метра) называют планковскими.

Существование пространственно-временной пены предсказано на основе наблюдения квантовых флуктуаций вакуума. Например, если измерить в вакууме плотность магнитного поля, то при достаточно чувствительном приборе в нем можно будет заметить собственные - не связанные с внешней средой колебания. Чем меньше характерное расстояние, на котором работает прибор, тем более значительными будут колебания. Считается, что на планковских величинах колебания достигают крайне высоких энергий, а пространство-время образует пузыри, выпячивания и тоннели, которые и называются пеной.

По расчетам физиков, обнаружение флуктуаций пространства, если проводить его на коллайдерах, потребует применение крайне высоких энергий, которые в обозримом времени недостижимы. Поэтому пока пространственно-временную пену зафиксировать не удалось.

В своей работе Бекенштейн для обнаружения явления предложил не использовать коллайдеры, а обратиться к крайне простому оборудованию и закону сохранения импульса.

По словам физика, если направить одиночный фотон на блок стекла, то попадание частицы придаст ему механический импульс и блок должен будет изменить свое положение. Импульс фотона, однако, будет настолько мал по сравнению с макрообъектом, что необходимое смещение может оказаться ниже планковского размера. В таком случае из-за пены смещение будет невозможно, а поскольку закон сохранения импульса работает и на планковских расстояниях, то фотон просто не попадет в блок стекла. Сила эксперимента в том, что он подразумевает не измерение ультракоротких смещений и импульсов, а долю прошедших через блок одиночных фотонов, что вполне доступно для современной техники.

Структура пространства на планковских расстояниях имеет большое значение для всей космологии. По современным представлениям, структура Вселенной была определена флуктуациями, которые произошли в ложном вакууме при ее образовании. Интересно, что эти флуктуации можно до сих пор увидеть в структуре микроволнового излучения.