211service.com
Hur Hubble kunde upptäcka kvantskum
Tanken att rumtiden kvantiseras på Planck-skalan har funnits nästan lika länge som fysiker har försökt förena generell relativitetsteori och kvantmekanik. På 1960-talet myntade John Wheeler termen kvantskum för att beskriva universums kvantiserade struktur på avstånd av cirka 10^-35 meter eller så.
En fråga som har sysselsatt fysiker sedan dess är hur man kan upptäcka denna skumstruktur. Idag säger Wayne Christiansen vid University of North Carolina vid Chapel Hill och några kompisar att olika stora teleskop är på gränsen till att kunna göra mätningar som skulle kunna bevisa förekomsten av kvantskum eller sätta viktiga gränser för dess struktur.
Tanken går så här. En av konsekvenserna av att rumtiden kvantiseras är att den sätter en grundläggande gräns för hur noggrant avstånd kan mätas.
Så föreställ dig att du vill mäta avstånd med hjälp av en ljusstråle. Detta ljus kommer att påverkas av rumtidens struktur och dess vågfront kommer att få en liknande skumliknande struktur. Detta begränsar noggrannheten för de avståndsmätningar som kan göras med detta ljus.
Det påverkar också hur ljus från en punktkälla ska se ut eftersom vågfronten har ett slumpmässigt skummande element. I själva verket skapar rumtidsskum en seende skiva, säger Christiansen och co, och detta borde synas på bilder av vissa avlägsna punktkällor.
Problemet är att effekten är så liten att den bara syns i bilder av objekt över verkligt kosmologiska avstånd.
Det är dock OK, säger Christiansen och co, eftersom rymdteleskopet Hubble har fotograferat exakt de typer av objekt som är tillräckligt långt borta för att visa effekten. Dessa objekt som är kända som kvasarer med hög rödförskjutning visas i en bild som kallas Ultra Deep Field.
Deras papper idag bedömer dessa kvasarer i Ultra Deep Field för att avgöra i vilken utsträckning de visar tecken på kvantskum.
Och här är en sak: Christiansen och kompisar säger att dessa kvasarer är suddiga på exakt det sätt som du kan förvänta dig av kvantskum i vissa typer av modeller av universum. Suddigheten är på en nivå som överensstämmer med en spacetime-skummodell, säger de.
Men det är inte avgörande eftersom suddigheten också kan ha orsakats av andra effekter som något annat spridningsmedium som damm i det mellanliggande avståndet. En annan möjlighet är att kvasaren kanske inte är en sann punktkälla och suddigheten återspeglar själva kvasarens struktur.
Det är frågor som nästa omgång observationer kanske kan lösa. Hubbles senaste ombyggnad har gett den möjligheten att göra bättre mätningar. Och Very Large Telescope Interferometer som nu är under uppbyggnad kan också ge värdefulla bidrag när den är färdig.
Vilket betyder att vi kan vara på gränsen till att hitta det första beviset på rymdtidens skumliknande struktur. Ett område att titta på.
Ref: arxiv.org/abs/0912.0535 : En kosmisk titt på Spacetime Foam