時空が「分厚い」場合はどうなりますか？それは永遠に現実の性質を変えるでしょう。

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私たちの基本的な現実は継続的ですか、それとも小さな離散ビットに切り刻まれていますか？

別の質問をすると、時空はスムーズですか、それとも分厚いですか？質問は、物理学の最も基本的な理論の核心を切り、空間と時間が私たちの日常の存在の物質と交差する方法を結びつけます。

しかし、宇宙のそのような小さなスケールを探査するために必要な極端なエネルギーのため、空間と時間の性質を実験的にテストすることは不可能でした. つまり-これまで。天文学者のチームは、宇宙の最も心を曲げる理論のいくつかの特徴である、光速の微妙な変化を検出するために小さな宇宙船の艦隊を使用するという野心的な新しい計画を提案しました。スペースと時間が実際に少しずつに分割されている場合、研究は現実の完全に新しい理解への道を開く可能性があります。

分厚いvsスムーズ

「時空とは何か」の問い。数千年前に遡り、現代の理解は2つの奇妙に互換性のない柱に基づいています。量子力学とアインシュタインの一般相対性理論です。

一般相対性理論では、空間と時間は一緒に織り込まれ、時空、私たちの宇宙を支える4次元のステージ。この時空は連続的です。つまり、どこにもギャップがありません。それはすべて滑らかな質感です。しかし、時空は、私たちが自分たちの役割を演じるための単なるプラットフォームではありません。それはプレイヤーでもあります。時空の曲がりとゆがみは重力の経験を私たちに与えます。

反対側のコーナーでは、量子力学と呼ばれる一連のルールが、宇宙の非常に小さなものの相互作用を制御します。量子力学は、日常の経験の多くはスムーズで継続的ではなく、分厚いものであるという考えに基づいています。つまり、量子化されています。エネルギー、運動量、スピン、その他の物質の多くの特性は、離散した小さなパケットにのみ含まれます。

さらに、量子力学自体も2つの陣営に分かれています。一方では、電子や陽子など、日常生活のなじみのある粒子があり、相互作用して他の興味深いことをします。これらは個別の「もの」であるため、明らかに非常に分厚いものです。一方、私たちは量子場を持っています。亜原子世界では、粒子の種類ごとに時空全体に広がる独自のフィールドがあります。粒子のことを考えるとき、私たちはそれらのフィールドの小さな振動を考えます。それは他の粒子と相互作用し、他の興味深いことをします。フィールドは当然のことながら非常にスムーズです。

時間と空間のビット

したがって、宇宙の滑らかな写真と分厚い写真があります。時空自体に関しては、量子力学の概念を論理的な結論にまで拡張し、空間と時間は離散的であるとすることを容易に想像できます。現実の構造そのものが、コンピューター画面上のピクセルのように分割されています。、そして私たちが滑らかで連続的な動きとして経験するのは、最も小さなスケールの離散したピクセルのグリッドにすぎません。

ストリング理論やループ量子重力のように、量子力学と一般相対性理論をマージする多くの理論は、何らかの形の離散時空を予測します（ただし、そのチャンクの正確な予測、解釈、および意味はまだ十分に理解されていません）。離散的な時空の証拠を見つけることができれば、現実に対する私たちの理解を完全に書き換えるだけでなく、物理学の革命への扉も開きます。

この離散性は、最も微妙な方法でのみ明らかになります。そうでなければ、私たちはそれを今までに発見したでしょう。時空が実際に分厚い場合、光の速度は完全に一定ではなく、その光のエネルギーによってはわずかにシフトする可能性があるとさまざまな理論が予測しています。高エネルギーの光は波長が短く、波長が十分に小さくなると、時空のチャンキー性を「見る」ことができます。歩道を歩いているところを想像してみてください。大きな足では小さな亀裂や隆起に気付かないでしょうが、顕微鏡の足があると、小さな欠陥すべてをつまずいて、速度が落ちます。しかし、この変化は信じられないほど小さなものです。時空が離散的である場合、それは、最も強力な実験で現在調査できるものよりも10億倍以上小さい規模です。

杯の探求

入る グレイルクエスト：時空の量子探査のためのガンマ線天文学国際研究所。天文学者のチームは、欧州宇宙機関（ESA）からの新しい時空狩猟のアイデアの呼びかけに応えて、このミッションの提案を提出しました。彼らの提案はarXivデータベースに詳細に記載されています。つまり、フィールドの同業者によってまだレビューされていません。

スクープは次のとおりです。光の速度がさまざまなエネルギーで変化するかどうかを確認するには、宇宙で最もエネルギーの高い光を大量に収集する必要があります。GrailQuestはそれを望んでいます。

GrailQuestは、小さなシンプルな宇宙船（正確な数は、衛星が大きい場合は数十から小さい場合は数千を超えるものまでさまざまです）で構成され、ガンマ線バーストについて空を常に監視しています。これらは、宇宙で最も強力な爆発の一部です。それらの名前が示唆するように、これらのバーストは大量の高エネルギー光子、別名ガンマ線を放出します。これらのガンマ線は何十億年にもわたって宇宙船の艦隊に到達します。宇宙船はガンマ線のエネルギーとタイミングの違いを記録し、バーストが艦隊を洗い流します。

十分な精度で、GrailQuestは時空が離散的であるかどうかを明らかにできる場合があります。少なくとも、それは正しい設定を持っています。それは最高エネルギーの光（時空が分厚いと予測する理論で最も影響を受ける）を調べています。ガンマ線は数十億光年の間移動してきました（時間の経過とともに効果が蓄積することを可能にします）。宇宙船は生成するのに十分単純です 一斉に （したがって、艦隊全体は、空を横切って、できるだけ多くのイベントを見ることができます）。

GrailQuestが時空の離散性の証拠を見つけた場合、現実の概念はどのように変化しますか？言うことは不可能です-それが意味するところになると、私たちの現在の理論は地図の至る所にあります。しかし、何があっても、私たちは待つ必要があります。 ESA提案のこのラウンドは、2035年から2050年のいずれかでのローンチを対象としています。待っている間、その間の経過時間が基本的にスムーズか分厚いかについては、議論することができます。