1944年、ジョン・ウィーラーは心に残るはがきを受け取りました。それは弟のジョーからのものだった。ウィーラーは米国の核兵器開発に関与しており、ジョーは彼がイタリアでの戦闘から帰国できるように原爆を完成させたいと考えていました。しかし、広島が攻撃されるまでに、ジョーはすでに殺されていました.ホイーラーは弟を救うほど速くなかったため、時間に夢中になり、次に一般相対性理論 (空間と時間をつなぐアインシュタインの理論) に夢中になりました。
アインシュタイン以降、「時空」は従来、滑らかな表面のようなものと理解されていました。しかし 1950 年代に、ウィーラーは、物質やエネルギーと同様に、空間は「量子」または粒子で構成されている必要があると示唆し始めました。ホイーラーは、「空間に泡のような構造を強制する」と書いています。今日、世界中の研究者がホイーラーの量子泡の証拠を追求しています。これは、アインシュタイン後の物理学の前兆である可能性があり、科学者が重力と量子力学がどのように関連しているかを理解するのに役立ちます。
LIGO (レーザー干渉計重力波天文台) がこの探求に役立つかもしれないと思うかもしれません。正確に配置されたミラーからレーザービームを反射させ、重力波の特徴である時空の収縮と膨張を検出します。昨日、LIGO の科学者は、10 億光年離れた 2 つのブラック ホールの合体によって放出される重力波の観測を発表しました。しかし、時空の泡の微細さは、その手の届かないところにあります。 LIGO の信じられないほどの感度があっても、「時空のゆらぎは検出するには小さすぎます」と、ノースカロライナ大学の理論素粒子物理学者である Jack Y. Ng は言います。
時空の泡を発見するために、科学者は遠方のクエーサー (銀河の中心部にある巨大で非常に明るい天体) の強力な望遠鏡による画像の鮮明度に、それが影響するかどうかを調べようとしています。それらは信じられないほど明るく、遠く離れており、多くの場合、それらが属している銀河の残り全体よりも明るいため、量子泡を検出する取り組みに役立ちます。量子泡のいくつかのモデルによると、クェーサー光が望遠鏡に到達する距離が長いほど、量子泡が介在することによって光が遅延またはシフトされた可能性が高くなります。したがって、地球上の霧のように、量子泡は、遠くの物体の写真を、そうでない場合よりもぼやけたり、歪んだりして見せるはずです.
昨年初め、フロリダ工科大学の観測天体物理学者であるエリック・パールマンは、泡状の時空の限界を設定できるかどうかを調べる研究を主導しました。彼は、チャンドラ X 線天文台、フェルミ ガンマ線望遠鏡、高エネルギー放射線撮像望遠鏡アレイ システム (VERITAS) からの観測を使用して、遠方のクエーサーの X 線とガンマ線の放射を調べました。
チームは、量子泡によって引き起こされる歪みが見られると予想していましたが、何も見つかりませんでした。代わりに、X線とガンマ線のデータは、水素原子核よりも短い距離でも時空が滑らかに見えることを示し、彼らや他の人が以前考えていたよりもはるかに泡立ちが少ない. 「時空の泡は理論的なままです」とパールマンは言います。 「これまでのところ、それを直接検出したことは一度もありません。ましてや、その密度が宇宙時間にわたって変化するかどうかは不明です。」
しかし、量子泡がまったく存在しないことが判明したら驚くべきことだと、カリフォルニア大学デービス校の理論物理学者であるスティーブン・カーリップは言う。この分野の彼の同僚のほとんどは同意している、と彼は言う。 NASA のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) のようなより高感度の宇宙望遠鏡は、物理学者に泡を検出する別の機会を与える可能性があります。開口部が大きいジェームズ ウェッブは、時空の泡によるぼやけを間接的に検出するのに必要な感度を備えているはずです。光子を集めるための鏡は270平方フィートです。対照的に、26 歳のハッブル宇宙望遠鏡は 48 平方フィートしかありません。
しかし、ジェームズ・ウェッブがぼやけた画像を取り戻したとしても、他の要因ではなく泡がぼやけの原因であることを確認する明確な方法がないため、それは量子泡が存在するという決定的な証拠ではない可能性があります.カナダの国立研究評議会のハーツバーグ天文学および天体物理学の天文学者であるエリック・スタインブリングは、違いを見分ける方法を見つけようとしています。彼は、銀河間の塵、または遠くの物体の重力レンズ効果でさえ、泡の効果と混同される可能性のあるぼやけを引き起こす可能性があると言います. 「これは観測上の問題であり、実際には理論的な問題ではありませんが、理論と実験は常に密接に関連しています」と彼は言います。 「見なければ何を探すべきかわからない」
量子泡がとらえどころのないものであることが証明され続ける場合、ウィーラーのアイデアを捨てるのは必ずしも簡単ではないだろう、とローマのサピエンツァ大学の理論物理学者であるジョヴァンニ・アメリーノ・カメリアは言う. 「時空の泡は、余剰次元と同じように、完全に除外できないカテゴリに属しています。」
Bruce Dorminey、科学ジャーナリスト、著者 遠方の放浪者:太陽系外の惑星の探索、Forbes.com の技術寄稿者 . @bdorminey で彼をフォローしてください。
