Apabila cahaya putih melintasi sebuah prisma, pelangi di hujung yang lain mempamerkan palet warna yang kaya. Ahli teori Fakulti Fizik di University of Warsaw telah menunjukkan bahawa dalam model Alam Semesta yang menggunakan teori graviti kuantum, mesti ada juga jenis "pelangi", yang terdiri daripada versi ruang-waktu yang berbeza. Mekanisme ini meramalkan bahawa bukannya satu masa dan masa yang sama, zarah-zarah tenaga yang berlainan harus mengalami versi yang sedikit berubah.
Kita semua mungkin pernah melihat eksperimen tersebut: apabila cahaya putih melewati sebuah prisma, cahaya tersebut akan menjadi pelangi. Ini kerana cahaya putih adalah campuran foton dengan tenaga yang berlainan, dan semakin tinggi tenaga foton, semakin banyak terpesong oleh prisma. Oleh itu, kita dapat mengatakan bahawa pelangi timbul kerana foton tenaga yang berbeza merasakan prisma yang sama mempunyai sifat yang berbeza. Selama bertahun-tahun, para saintis mengesyaki bahawa zarah-zarah yang berlainan tenaga dalam model alam semesta kuantum pada dasarnya merasakan struktur ruang masa yang berbeza.
Ahli fizik di Warsaw menggunakan model kosmologi yang hanya mengandungi dua komponen: graviti dan satu jenis jirim. Dalam kerangka teori relativiti umum, medan graviti dijelaskan oleh ubah bentuk ruang-waktu, sementara jirim diwakili oleh medan skalar (jenis medan paling sederhana di mana hanya satu nilai yang melekat pada setiap titik di ruang).
Ada banyak teori bersaing mengenai graviti kuantum hari ini. Oleh itu, kami telah merumuskan model kami dengan istilah yang paling umum sehingga dapat diterapkan pada salah satu daripadanya. Seseorang mungkin menganggap satu jenis medan graviti - yang dalam praktiknya bermaksud masa - disarankan oleh satu teori kuantum, yang lain mungkin mencadangkan yang lain. Beberapa pengendali matematik dalam model akan berubah, tetapi bukan sifat fenomena yang berlaku di dalamnya,”kata Andrea Dapor, seorang pelajar siswazah di Universiti Warsaw.
Hasil ini sangat mengagumkan. Kami bermula dengan dunia geometri kuantum yang kabur, di mana bahkan lebih sukar untuk mengatakan apa masa dan apa ruang, tetapi fenomena yang berlaku dalam model kosmologi kita nampaknya berlaku pada ruang-waktu biasa,”kata seorang pelajar siswazah Mehdi Assaniussi.
Perkara menjadi lebih menarik apabila ahli fizik melihat kegembiraan medan skalar yang ditafsirkan sebagai zarah. Pengiraan telah menunjukkan bahawa dalam model ini, zarah-zarah yang berbeza dari segi tenaga berinteraksi dengan ruang-waktu kuantum dengan cara yang berbeza - sama seperti foton dengan tenaga yang berbeza berinteraksi secara berbeza dengan sebuah prisma. Ini bermaksud bahawa struktur ruang-waktu klasik yang berkesan dapat dilihat secara berbeza oleh zarah individu, bergantung pada tenaganya.
Kemunculan pelangi biasa dapat dijelaskan dari segi indeks biasan, besarnya bergantung pada panjang gelombang cahaya. Dalam kes pelangi ruang-waktu yang serupa, hubungan serupa dicadangkan: fungsi beta, ukuran tahap perbezaan persepsi ruang-waktu klasik oleh zarah-zarah yang berbeza. Fungsi ini mencerminkan tahap ketidakklasifikasian ruang-waktu kuantum: dalam keadaan dekat dengan klasik, ia cenderung menjadi sifar, sementara dalam keadaan benar-benar kuantum cenderung bersatu. Kini Alam Semesta berada dalam keadaan seperti klasik, jadi nilai beta hampir dengan sifar, ahli fizik menganggarkannya tidak melebihi 0.01. Nilai kecil dari fungsi beta ini bermaksud bahawa pelangi ruang-waktu pada masa ini sangat sempit dan tidak dapat dikesan secara eksperimen.
Kajian oleh ahli fizik teori di University of Warsaw, yang dibiayai oleh geran dari Pusat Sains Nasional Poland, membawa kepada kesimpulan menarik yang lain. Pelangi jarak masa adalah hasil graviti kuantum. Ahli fizik secara amnya bersetuju bahawa kesan rancangan seperti itu hanya dapat dilihat pada tenaga raksasa yang dekat dengan tenaga Planck, berjuta-juta atau berbilion kali lebih tinggi daripada tenaga zarah yang kini dipercepat oleh Large Hadron Collider. Namun, nilai fungsi beta bergantung pada waktu, dan pada saat-saat dekat dengan Big Bang, ia mungkin jauh lebih tinggi. Apabila beta menghampiri sifar, pelangi ruang-waktu meningkat dengan ketara. Akibatnya, dalam keadaan seperti itu, kesan gravitasi kuantum pelangi berpotensi diperhatikan walaupun pada tenaga zarah yang beratus kali lebih rendah,daripada tenaga proton di LHC moden.
Video promosi:
