많은 물리학 자들은 중력이 존재한다고 가정하지만 우리가 그들을 볼 것이라고 생각하는 사람은 거의 없습니다. 이 가상의 기본 입자는 양자 중력 이론의 초석으로, 양자 역학으로 Albert Einstein의 일반적인 상대성 이론을 통합하려고합니다. 그러나 그들은 자연에서 관찰하기 위해 악명 높은 것 - 아마도 불가능합니다.
중력의 세계는 가능한 가장 작은 척도에서 시공간 직물을 확대 할 때만 분명해지며, 이는 진정으로 극한의 에너지를 활용할 수있는 장치가 필요합니다. 불행히도,이 "플랑크 길이"로 직접 탐색 할 수있는 측정 장치는 반드시 블랙홀로 무너질 정도로 방대 할 것입니다. 유명한 이론적 물리학자인 프리먼 다이슨 (Freeman Dyson)은“자연이 플랑크 길이보다 작은 거리 측정을 금지하는 것으로 보인다”고 말했다.
기존의 사고에 따르면 그레이 비톤은 우주에서 가장 극단적 인 장소, 즉 빅뱅 시대 또는 블랙홀의 중심부에서만 자신을 드러 낼 수 있습니다. 시카고 대학의 천체 물리학자인 다니엘 홀츠 (Daniel Holz)는“블랙홀의 문제는 그들이 흑인이기 때문에 아무것도 나오지 않는다는 것입니다. "그리고 양자 중력은 이것의 중심에서 일어나고 있습니다. 너무 나쁩니다."
.그러나 최근에 발표 된 논문은이 견해에 도전하며, 중력은 레이저 간섭계 중력파 전망대 인 Ligo와 같은 중력파 탐지기에서 관찰 가능한 "노이즈"를 만들 수 있음을 시사합니다. 애리조나 주립 대학의 우주 학자이자 논문 중 하나의 공동 저자 인 Maulik Parikh는“우리는 시공간의 양자 퍼지가 물질에 일종의 지터로 각인된다는 것을 알게되었습니다.
기존 또는 미래의 중력파 관측소 가이 소음을 감지하는 데 필요한 민감도를 가지고 있는지는 여전히 불분명하지만, 이러한 계산은 거의 불가능한 것을 적어도 그럴듯하게 만들었습니다. 그레이 비톤이 대량 검출기와 어떻게 상호 작용하는지 고려함으로써, 그들은 중력 소음에 대한 아이디어에 대한 견고한 이론적 기초를 주었고, 물리학 자들은 양자 역학의 규칙에 의한 깊이있는 중력에 의한 실험적 증거에 한 걸음 더 가까이 다가 갔다.
.파도의 지터
Dyson의 2013 년 계산은 많은 사람들에게 중력파 감지기가 양자 중력에 대한 학습에 대한 비현실적인 프로브라고 확신했습니다.
매사추세츠 공과 대학 (Massachusetts Institute of Technology)의 노벨상을 수상한 물리학자인 프랭크 윌크 제크 (Frank Wilczek)는“새 논문에서 파리 크 (Parikh)의 공동 저자 인 매사추세츠 (Massachusetts) 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 노벨상을 수상한 물리학자인 프랭크 윌크 제크 (Frank Wilczek)는“양자 효과와 중력 방사선에 대해 생각하는 것이 시간 낭비라는 기본 합의가있다. 실제로, 애리조나 주의 우주 학자이자 세 번째 공동 저자 인 Wilczek, Parikh 및 George Zahariade는 2015 년 Ligo에 의한 중력파가 발견 될 때까지 가능성을 진지하게 생각하지 못했습니다. Wilczek은“주의를 집중시키는 실제 실험 결과와 같은 것은 없습니다.
중력은 광자가 전자기력을 운반하는 방식과 유사한 방식으로 중력을 운반하는 것으로 생각됩니다. 가벼운 광선을 잘 행동하는 광자 모음으로 묘사 될 수 있듯이, 폭력적인 우주 과정에 의해 생성 된 시공간의 잔물결-중력파는 중력으로 구성된 것으로 생각됩니다. 이를 염두에두고 저자들은 중력파 감지기가 원칙적으로 중력을 볼 수있을 정도로 민감한 지 물었다. "그건 물어 보는 것과 같습니다. 파도의 서퍼는 어떻게 파도가 물방울로 구성되어 있다고 모션에서 말할 수 있습니까?" Parikh.
넓은 브러시 계산이 단일 중력에 초점을 맞춘 다이슨과는 달리, 그들은 많은 중력의 효과를 고려했습니다. Parikh는“우리는 항상 브라운 운동에서 영감을 받았습니다. 아인슈타인은 브라운 운동을 사용하여 미세한 입자를 폭격하는 원자의 존재를 추론했다. 같은 방식으로, 많은 중력의 집단적 행동은 중력파를 미묘하게 재구성 할 수있다.
중력파 감지기는 가장 간단한 거리에 따라 두 개의 질량이 분리 된 것으로 생각할 수 있습니다. 중력파가 지나면 파도가 늘어나고 덩어리 사이의 공간을 스쿼시함에 따라이 거리가 증가하고 감소합니다. 그러나 믹스에 중력을 추가하면 시공간에 일반적인 잔물결 위에 새로운 움직임을 추가하십시오. 검출기가 중력을 흡수하고 방출함에 따라 질량은 무작위로 지터를냅니다. 이것은 중력 소음입니다. 지터가 얼마나 큰지, 따라서 감지 될 수 있는지 궁극적으로 탐지기를 때리는 중력파의 유형에 따라 다릅니다.
중력장은 생성 방식에 따라 다른 "양자 상태"에 존재합니다. 대부분의 경우 중력파는 연못의 잔물결과 유사한“일관된 상태”에서 생성됩니다. Ligo와 같은 탐지기는 이러한 기존의 중력파를 검색하도록 조정되며, 이는 서로 나선형으로 충돌 할 때 블랙홀과 중성자 별에서 방출됩니다.
일관된 중력파조차도 중력 소음을 생성하지만 Dyson도 발견 한 것처럼 측정하기에는 너무 작습니다. 윌크 제크 (Wilczek)는 탐지기가 그레이 비톤을 흡수 할 때 생성 된 지터가 그레이 비톤을 방출 할 때 생성 된 지터와“정교하게 균형을 잡는”것이기 때문이라고 말했다. "조금 실망 스러웠다"고 그는 말했다
Parikh, Wilczek 및 Zahariade는 Dyson이 고려하지 않은 몇 가지 다른 유형의 중력파를 조사했습니다. 그들은 특히 압착 상태라고 불리는 하나의 양자 상태가 훨씬 더 뚜렷한 중력 노이즈를 생성한다는 것을 발견했습니다. 실제로, Parikh, Wilczek 및 Zahariade
그들의 이론적 탐구는 중력 소음이 원칙적으로 관찰 할 수 있다고 제안했다. 또한,이 소음을 감지하면 물리학 자들은 압착 된 중력파를 만들 수있는 이국적인 출처에 대해 알려줍니다. 암스테르담 대학교 (University of Amsterdam)의 이론적 물리학자인 에릭 버린 데 (Erik Verlinde)는“그들은 매우 진지하게 생각하고 있으며 정확한 언어로 접근하고있다”고 말했다.
Parikh는“우리는 항상 그레이 비톤이 어떤 식 으로든 탐지기를 폭격 할 것이라는이 이미지를 가지고 있었기 때문에 약간의 지터가있을 것입니다. Zahariade는 다음과 같이 덧붙였습니다.“우리 가이 중력 소음 용어가 수학적으로 어떻게 발생하는지 이해했을 때 아름다운 순간이었습니다.”
.계산은 3 년에 걸쳐 해결되었으며 최근 논문에 요약되어 있습니다. 전체 계산 세트를 설명하는 논문은 현재 동료 검토 중입니다.
그러나 Ligo를 포함하여 실험실에서 압착 된 빛이 일상적으로 만들어지는 동안, 압착 된 중력파가 존재하는지 여부는 여전히 알려져 있지 않습니다. Wilczek은 중력장이 매우 강하고 빠르게 변화하는 블랙홀 합병의 마지막 단계가 이러한 압박 효과를 야기 할 수 있다고 의심합니다. 인플레이션-시공간이 매우 빠르게 확장 된 초기 우주의 기간도 압박을 초래할 수 있습니다. 저자들은 이제 이러한 우주 론적 사건과 그들이 방출하는 중력파의 정확한 모델을 구축 할 계획입니다.
Wilczek은“이것은 끝까지 옮기는 데 어려움이 될 매우 어려운 계산의 문을 열어줍니다. "그러나 좋은 소식은 실험 목표로서 정말 흥미롭고 잠재적으로 현실적이라는 것입니다."
.홀로그램 쉐이크
다른 물리학 자들은 우주의 양자 공급원을 찾고있는 대신, 파라 타임의 버블 링 빈 진공에서 그레이 비톤 소음을 직접보고자하는 입자가 존재하는 후 사라집니다. 그들이 나타나는 것처럼,이 가상 입자는 시공간 주위를 부드럽게 뒤틀어 시공간 폼으로 알려진 임의의 변동을 만듭니다.
.이 양자 세계는 실험에 접근 할 수없는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 우주가“홀로그래피 원리”를 준수한다면, 시공간의 패브릭이 3D 홀로그램이 2D 패턴에서 나오는 것과 같은 방식으로 나타나는 것은 아닙니다. 홀로그램 원리가 사실이라면, 중력과 같은 양자 입자는 저 차원 표면에 살고 고차원 시공간에서 친숙한 중력의 힘을 암호화합니다.
이러한 시나리오에서, 양자 중력의 효과는 Ligo와 같은 일상의 실험 세계로 증폭 될 수 있습니다. 캘리포니아 기술 연구소 (California Institute of Technology)의 이론 물리학자인 Verlinde와 Kathryn Zurek의 최근 연구는 리고 또는 다른 민감한 간섭계를 사용하여 기기를 둘러싼 버블 링 진공을 관찰 할 것을 제안합니다.
홀로그램 우주에서, 간섭계는 고차원 시공간에 위치하며, 이는 저 차원 양자 표면에 밀접하게 싸여있다. 표면을 가로 질러 작은 변동을 추가하면 간섭계에 의해 감지 될 정도로 큰 소음이 생깁니다. Verlinde는“양자 중력으로 인한 효과는 플랑크 스케일뿐만 아니라 간섭계의 척도에 의해서도 결정되는 것으로 나타났습니다.
홀로그램 원리에 대한 그들의 가정이 사실이라면, 그레이비 톤 노이즈는 리고 또는 탁상 실험의 실험 대상이 될 것입니다. 2015 년 Fermi National Accelerator Laboratory에서 홀로 미터라는 탁상 실험은 우주가 홀로그램이라는 증거를 찾았으며 원하는 것으로 밝혀졌습니다. Verlinde는“당시의 이론적 아이디어는 매우 원시적이었다”고 말했다. Zurek과의 논문의 계산은 그 이후로 개발 된 더 깊이있는 홀로그램 방법에 근거하고 있다고 지적했다. 계산을 통해 연구원 들이이 중력 소음의 모습을 정확하게 예측할 수 있다면, 그는 발견 확률이 더 좋다고 생각합니다.
Zurek과 Verlinde의 접근 방식은 우리 우주가 홀로그램 인 경우에만 효과가 있습니다. Zurek은 그들의 태도를“더 많은 서부 사고 방식”이라고 묘사하면서“위험이 높고 성공할 가능성이 높지만 도대체는 양자 중력을 이해하지 못합니다.”
미지의 영토
대조적으로, Parikh, Wilczek 및 Zahariade의 계산은 거의 동의하지 않는 물리학을 기반으로합니다. Parikh는“우리는 매우 보수적 인 계산을했는데 거의 확실합니다. "본질적으로 중력이라고 불리는 것이 존재하고 그 중력이 양자화 될 수 있다고 가정합니다."
.그러나 트리오는 현재 또는 계획된 중력파 탐지기가 중력 노이즈를 발견 할 수 있는지 여부를 알려지기 전에 더 많은 이론적 레그 워크를 수행해야한다는 것을 인정합니다. Parikh는“운이 좋은 휴식이 필요합니다. 우주는 압착 된 중력파를 생성하는 이국적인 원천을 항구해야 할뿐만 아니라, 그레이비 톤 소음은 Ligo가 이미 적용되는 다른 많은 소음 원과 구별 할 수 있어야합니다.
.Ligo Collaboration의 회원 인 Holz는“지금까지 Ligo는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 대한 예측에 중점을 둔 물리학의 징후를 보여주지 않았습니다. "그곳에서 시작하는 곳 :일반 상대성은 놀랍습니다." 그럼에도 불구하고 그는 중력파 탐지기가 지형이“완전히 미지급 되었기 때문에”우주에 대한 새로운 근본적인 발견을위한 최선의 희망임을 인정합니다.
.Wilczek은 연구자들이 Graviton 소음의 모습에 대한 이해를 개발하면 중력파 탐지기를 조정하여 찾을 가능성을 향상시킬 수 있다고 주장합니다. Wilczek은“당연히 사람들은 신호를 낚시하려고 노력하고 소음의 흥미로운 특성에 대해 걱정하지 않고 있습니다. "그러나 당신이 그것을 염두에두면, 당신은 다른 것을 디자인 할 것입니다." (Holz는 Ligo 연구자들이 이미 가능한 우주 소음 신호를 연구했다고 설명했습니다.)
앞으로의 도전에도 불구하고 Wilczek은 자신의 작업이 실험적으로 조사 될 수있는 예측으로 이어질 것이라고“낙관적으로”말했다. 어쨌든 그는이 논문이 다른 이론가들을 박차를 가하기를 희망합니다.
“기본 물리학은 어려운 사업입니다. Wilczek은 말했습니다. “이것이 어떻게 직접적으로 이끌어 줄지는 모르겠지만 세상의 새로운 창이 열립니다.
"그러면 우리는 우리가 보는 것을 볼 것입니다."
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