Cei doi pilastrii ai fizicii moderne, teoria relativitatii generale si mecanica cuantica, descriu fenomene la scale diverse: de la cea a galaxiilor, in primul caz, la cea atomica. Exista insa o teorie care le unifica? O analiza statistica a datelor recent obtinute de catre doua experimente arata cum ca o asemenea teorie ar fi posibila, chiar daca la ora actuala dovezile sunt insuficiente.

Din ce este alcatuita materia? Si cum se misca aceasta in spatiu si in timp? Intrebari pe care ni le punem de multa vreme si la care avem la ora actuala raspunsuri ce se bazeaza pe mecanica cuantica si relativitatea generala. Mecanica cuantica descrie lumea particulelor si modul in care acestea se comporta. In mecanica cuantica vorbim de electroni, protoni, atomi, sau molecule. Relativitatea generala este teoria lui Einstein care descrie gravitatia, geometria Universului, si modul in care corpurile masive se misca in Univers: practic este teoria valabila la nivel de stele, galaxii sau chiar si intregul Univers. Exista insa situatii in care trebuie sa tinem cont de ambele teorii. O astfel de situatie este cea a gaurilor negre in interiorul carora mecanica cuantica ar trebui sa joace un rol important, la fel precum si gravitatia. Ne trebuie deci o teorie care unifica cele doua teorii. La ora actuala insa nu avem aceasta teorie a gravitatiei cuantice.

Exista insa mai multe propuneri – in mai toate structura spatio-temporala nu mai este cea continua – asemanatoare unui fluid – ci devine granulara; o asa-numita „spuma spatio-temporala”. Teoriile care  tin cont de o astfel de structura obtin rezultate diverse asupra modului in care se propaga particulele in Univers, deoarece acestea nu mai parcurg o traiectorie continua, ci „sar” dintr-o bucatica spaio-temporala in alta.

Putem sa ne imaginam oarecum spatiul-timpul precum o galeata umpluta cu nisip – din departare pare umpluta cu un lichid, doar din apripiere ne dam seama ca exista o structura granulara.

Cum am putea insa sa verificam din punct de vedere experimental existenta acestei structuri? Particulele care ajung la noi de la distante foarte mari din Univers ar trebui de exempu sa aiba timpi de propagare diferiti, in functie de energie. Doi fotoni sau doi neutrini (particule din modelul standard al fizicii particulelor elementare fara sarcina electrica, cu masa foarte mica si care interactioneaza doar prin forta nucleara slaba) cu energii diferite chiar daca sunt emisi de aceeasi sursa, de exemplu in urma exploziei unei supernove,  ar ajunge pe Pamant in timpi diferiti – diferenta depinzand de granularitatea structurii spatio-temporale.

Iata insa ca la ora actuala un prim studiu statistic al acestei ipoteze a fost efectuat de catre Giovani Amelino Camelia, cercetator la universitatea La Sapienza (Roma, Italia). Acesta a publicat rezultatele unui studiu efectuat asupra neutrinilor observati de catre experimentul IceCube e la Polul Sud si folosind datele obtinute de catre telescopul Fermi (NASA) in Nature Astronomy. Din acest studiu rezulta cum ca exista o posibilitate ca structura spatiului si a timpului sa fie asemanatoare unei spume, chiar daca concluziile studiului nu sunt la ora actuala foarte solide.

In urmatorii 4-5 ani Amelino Camelia spera sa se obtina dovezi solide asupra existentei (sau nu) a acestei structuri granulare spatio-temporale. Ba mai mult, s-ar putea obtine inclusiv dovezi asupra teoriei care descrie cel mai bine rezultatele experimentale, intrucat teoriile fac previziuni dferite, in functie de modalitatea de discretizare a spatiului si a timpului.

Daca intr-adevar se  va reusi sa se obtina dovezi ale unei teorii unificate ale relativtatii generale cu mecanica cuantica acest lucru ar reprezenta o adevarata revolutie in intelegerea Universului si ne-ar ajuta inclusiv sa raspundem la curioasa intrebare: ce se intampla daca ne-ar lansa intr-o gaura neagra?

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro