Czy czas może „drżeć”? Kontrowersyjna teoria grawitacji szykuje się do testu

Wyobraź sobie zegar, który tyka nieregularnie — raz szybciej, raz wolniej, całkowicie losowo. Według jednej z najbardziej kontrowersyjnych teorii współczesnej fizyki tak właśnie zachowuje się czas na najgłębszym poziomie rzeczywistości.

Największy problem fizyki

→ Czytaj też: Naukowcy potwierdzili istnienie czasu bez zegara. Jak to możliwe?

Od stu lat fizycy próbują pogodzić dwie potęgi. Ogólna teoria względności rządzi grawitacją i czasoprzestrzenią w wielkich skalach. Mechanika kwantowa opisuje świat najmniejszych cząstek. Problem w tym, że te dwa opisy do siebie nie pasują.

Większość prób ich połączenia zakłada, że grawitację trzeba skwantować — rozbić na fundamentalne porcje, tak jak światło rozkłada się na fotony. Trzy z czterech sił natury są kwantowe. Grawitacja jako jedyna wciąż się temu wymyka.

Grawitacja, która nie jest kwantowa

→ Czytaj też: Czas nie istnieje? Stephen Wolfram: „Wszechświat to jeden wielki komputer”

Jonathan Oppenheim z University College London proponuje coś zupełnie innego. Jego teoria, którą nazywa post-kwantową grawitacją, zakłada, że czasoprzestrzeń wcale nie jest kwantowa. Byłaby ciągła i fundamentalna, bez żadnych „cegiełek”, z których się składa.

Z długiego łańcucha obliczeń matematycznych i symulacji, opisanych w artykule opublikowanym w Physical Review X, wyłonił się dziwny efekt: losowość wpisana w samą czasoprzestrzeń.

Zamiast równych odstępów między „tyknięciami” czasu pojawiają się drobne, nieprzewidywalne fluktuacje. Efekt jest zbyt mały, byśmy go zauważyli w codziennym życiu. Ale w skali fundamentalnej czas staje się „chwiejny” i płynie nieregularnie.

Dlaczego to ma sens

Te fluktuacje nie są ozdobnikiem. To one pozwalają teorii Oppenheima połączyć się z mechaniką kwantową. Gdy wstawi się je do podstawowych obliczeń kwantowych, samoistnie pojawia się kilka znanych zachowań układów kwantowych — w tym reguła przejścia od stanu kwantowego do klasycznego w momencie obserwacji.

To ta sama reguła, przez którą kot Schrödingera może być zarazem żywy i martwy, dopóki nie otworzymy pudełka. Po zajrzeniu do środka kot jest już tylko jedną z tych rzeczy.

Skąd bierze się chwiejność czasu? Tego autorzy jeszcze nie wiedzą.

„Czy istnieje jakiś konkretny efekt fizyczny, który powoduje, że czas płynie nieprzewidywalnie? Być może, ale to poziom głębszy i w tej chwili nie sądzę, byśmy byli na to gotowi — ani naukowo, ani filozoficznie” — mówi Oppenheim.

Można to sprawdzić

Oppenheim nie ukrywa, że jego pomysł jest wśród fizyków wysoce kontrowersyjny. Przyznaje wręcz, że nie zna nikogo, kto uważałby jego teorię za bardziej prawdopodobną niż fałszywą. Ale wielu badaczy zgadza się, że warto ją przetestować.

I tu tkwi jej siła. Wiele teorii łączących grawitację z mechaniką kwantową jest praktycznie niemożliwych do potwierdzenia lub obalenia. Post-kwantowa grawitacja daje przewidywania, które można zmierzyć.

• Eksperymenty mają polegać na pomiarze właściwości grawitacji między parami obiektów.
• Skoro krzywizna czasoprzestrzeni jest źródłem grawitacji, każda zmiana we właściwościach czasu zmieni też siłę przyciągania.
• Jeśli upływ czasu jest nieprzewidywalny, ta losowość ujawni się w pomiarach grawitacji.

Giuseppe Fabiano z Lawrence Berkeley National Laboratory, współtwórca parametrów do testowania teorii grawitacji, podchodzi ostrożnie: „Jestem raczej agnostyczny wobec samej teorii, ale dopóki daje przewidywania, które mogę sprawdzić w laboratorium, jest teorią użyteczną”.

Co dalej

Odpowiednie urządzenia już powstają. Do osiągnięcia precyzji potrzebnej do rzeczywistego testu może jednak upłynąć wiele dekad. Dopiero teraz udowodniono, że takie testy są w ogóle możliwe.

Gdyby post-kwantowa grawitacja się potwierdziła, byłoby to ogromne odejście od obowiązującej ortodoksji. Grawitacja różniłaby się od pozostałych sił natury bardziej radykalnie, niż ktokolwiek dotąd zakładał. A nasze wyobrażenie o czasie — i o całym wszechświecie — musiałoby się zmienić.