퀀텀 폼

Quantum foam
관련 기사는 양자 진공(동음이의)을 참조하십시오.

양자거품(quantum foam) 또는 시공간거품(spacetime foam)은 양자역학으로 인해 매우 작은 규모에서 시공간의 이론적인 양자 변동입니다.이론은 이러한 작은 규모에서 물질과 반물질의 입자들이 끊임없이 생성되고 파괴된다고 예측합니다.이러한 아원자 물체를 가상 입자라고 합니다.[1]이 아이디어는 1955년 존 휠러에 의해 고안되었습니다.[2][3]

배경

양자중력에 대한 불완전한 이론으로는 작은 규모의 시공간이 어떻게 보일지 확신하는 것은 불가능합니다.그러나 시공간이 근본적으로 매끄러워야 한다는 확실한 이유는 없습니다.대신, 중력의 양자 이론에서 시공간은 공간과 시간이 확정적이지 않고 거품 같은 방식으로 변동하는 많은 작고 끊임없이 변화하는 영역으로 구성될 가능성이 있습니다.[4]

휠러는 불확정성 원리가 충분히 작은 거리와 충분히 짧은 시간 간격에 걸쳐 "우주 시간의 기하학적 구조가 요동친다"는 것을 의미할 수 있다고 제안했습니다.[5]이러한 변동은 거시적 스케일에서 볼 수 있는 매끄러운 시공간에서 상당한 이탈을 일으킬 수 있을 만큼 충분히 커서 시공간에 "거품 같은" 특성을 부여할 수 있습니다.

실험결과

가상 입자에 의해 발생할 가능성이 있는 카시미르 효과의 실험적 증거는 가상 입자의 존재에 대한 강력한 증거입니다.뮤온과 전자에 의해 형성된 자석의 세기를 예측하는 g-2 실험도 그들의 존재를 뒷받침합니다.[1]

2005년, 블레이저 마르카리안 501에서 감마선 광자가 도달하는 것을 관측하는 동안, MAGIC(Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) 망원경은 다른 에너지 준위에 있는 광자 중 일부가 다른 시간에 도달하는 것을 감지했고, 이는 광자 중 일부가 더 느리게 움직였기 때문에 특수 상대성 이론에 위배되었음을 시사했습니다.빛의 속도가 일정하다는 의 개념은 양자 거품의 불규칙성으로 설명될 수 있는 불일치입니다.[6]그러나 최근의 실험들은 공간의 입자성 때문에 빛의 속도에 대한 추정되는 변화를 확인할 수 없었습니다.[7][8]

멀리 떨어진 감마선 폭발에서 나오는 빛의 편광과 관련된 다른 실험들도 상반된 결과를 만들어냈습니다.[9]지구를 기반으로 한 더 많은 실험들이 진행[10] 중이거나 제안되고 있습니다.[11]

양자변동의 크기에 대한 제약조건

시공간 거품의 특징적인 변동은 플랑크 길이(≈ 10 m)에 따라 길이 척도로 발생할 것으로 예상되지만, 일부 양자 중력 모델은 훨씬 더 큰 변동을 예측합니다.

광자는 광자의 파장에 따라 속도를 줄이면서 퀀텀 폼에 의해 느려져야 합니다.이는 로렌츠 불변성에 위배됩니다.하지만 나사의 고다드 우주 비행 센터의 플로이드 스테커가 근처 퀘이사에서 나오는 방사능을 관찰한 결과 로렌츠 불변성을 위반했다는 증거를 찾지 못했습니다.[13]

거품이 많은 시공간은 광자가 안개를 통과하여 확산되는 빛과 유사하게 시공간 거품을 통해 무작위로 확산되기 때문에 거리를 측정할 수 있는 정확도에 대한 한계도 설정합니다.이로 인해 망원경을 통해 관측되는 매우 먼 물체의 화질이 저하될 수 있습니다.NASA의 찬드라 엑스선 관측소, 페르미 감마선 우주 망원경 및 VERITAS(Very Energy Radiation Imaging Telescope Array)의 지상 감마선 관측에서 관측된 가장 먼 거리에서 감지 가능한 열화가 나타나지 않았으며, 이는 시공간이 적어도 아래로 매끄럽다는 것을 의미합니다.수소 원자의 핵보다 1000배 작은 거리, 시공간의 양자 변동의 크기에 대한 경계를 설정합니다.[14][15][16][17][18]

타설과의 관계

진공 변동은 진공 에너지로 알려진 0이 아닌 에너지를 진공에 제공합니다.[19]

스핀 폼 이론은 휠러의 아이디어를 정량적으로 만들기 위한 현대적인 시도입니다.

참고 항목

메모들

  1. ^ a b 퀀텀 폼, 돈 링컨, 페르밀랩, 2014-10-24
  2. ^ Wheeler, J. A. (January 1955). "Geons". Physical Review. 97 (2): 511–536. Bibcode:1955PhRv...97..511W. doi:10.1103/PhysRev.97.511.
  3. ^ Minsky, Carly (24 October 2019). "The Universe Is Made of Tiny Bubbles Containing Mini-Universes, Scientists Say – 'Spacetime foam' might just be the wildest thing in the known universe, and we're just starting to understand it". Vice. Retrieved 24 October 2019.
  4. ^ Wilczek 강의에 전시된 Derek Leinweber의 시공간 폼 QCD 애니메이션 보기
  5. ^ Wheeler, John Archibald; Ford, Kenneth Wilson (2010) [1998]. Geons, black holes, and quantum foam : a life in physics. New York: W. W. Norton & Company. p. 328. ISBN 9780393079487. OCLC 916428720.
  6. ^ "Gamma Ray Delay May Be Sign of 'New Physics'". 3 March 2021.
  7. ^ Vasileiou, Vlasios; Granot, Jonathan; Piran, Tsvi; Amelino-Camelia, Giovanni (2015). "A Planck-scale limit on spacetime fuzziness and stochastic Lorentz invariance violation". Nature Physics. 11 (4): 344–346. Bibcode:2015NatPh..11..344V. doi:10.1038/nphys3270.
  8. ^ Cowen, Ron (2012). "Cosmic race ends in a tie". Nature. doi:10.1038/nature.2012.9768. S2CID 120173051.
  9. ^ 아인슈타인 / 우주 과학 / 우리 활동 / ESA를 넘어 물리학에 도전하는 통합
  10. ^ Moyer, Michael (17 January 2012). "Is Space Digital?". Scientific American. Retrieved 3 February 2013.
  11. ^ Cowen, Ron (22 November 2012). "Single photon could detect quantum-scale black holes". Nature News. Retrieved 3 February 2013.
  12. ^ Hawking, S.W. (November 1978). "Spacetime foam". Nuclear Physics B. 144 (2–3): 349–362. Bibcode:1978NuPhB.144..349H. doi:10.1016/0550-3213(78)90375-9.
  13. ^ "Einstein makes extra dimensions toe the line". NASA. Retrieved 9 February 2012.
  14. ^ "NASA Telescopes Set Limits on Spacetime Quantum "Foam"". 28 May 2015.
  15. ^ "Chandra Press Room :: NASA Telescopes Set Limits on Space-time Quantum "Foam":: 28 May 15". chandra.si.edu. Retrieved 2015-05-29.
  16. ^ "Chandra X-ray Observatory - NASA's flagship X-ray telescope". chandra.si.edu. Retrieved 2015-05-29.
  17. ^ Perlman, Eric S.; Rappaport, Saul A.; Christensen, Wayne A.; Jack Ng, Y.; DeVore, John; Pooley, David (2014). "New Constraints on Quantum Gravity from X-ray and Gamma-Ray Observations". The Astrophysical Journal. 805 (1): 10. arXiv:1411.7262. Bibcode:2015ApJ...805...10P. doi:10.1088/0004-637X/805/1/10. S2CID 56421821.
  18. ^ "Chandra :: Photo Album :: Space-time Foam :: May 28, 2015". chandra.si.edu. Retrieved 2015-05-29.
  19. ^ Baez, John (2006-10-08). "What's the Energy Density of the Vacuum?". Retrieved 2007-12-18.

참고문헌