Prof. Jonas Grigas. Iš ko sudarytas erdvėlaikis?

Jonas Grigas yra  habilituotas fizinių mokslų daktaras, profesorius, Lietuvos mokslų akademijos tikrasis narys.

Ar kada nors sužinosime tikrąją erdvės ir laiko prigimtį?

Klausimai apie erdvės ir laiko prigimtį yra labai seni. Dar senovės graikai prieš 2 500 metų klausė: „Kas yra erdvė?“ „Kas yra laikas?“ „Kas yra pokyčiai?“ Ir jei šiandien vis dar užduodame šiuos klausimus reiškia, kad tai buvo gilūs klausimai.

Atsakymą gali atnešti dangaus stebėjimai. Šiuos klausimus šiandien aiškina kvantinės gravitacijos teorija.

Gamta žino, kaip pritaikyti gravitaciją kvantiniame pasaulyje – tai atsitiko pirmosiomis Didžiojo sprogimo akimirkomis ir vis dar vyksta juodųjų bedugnių širdyse – bet mes, žmonės, vis dar sunkiai suvokiame, kaip tas triukas vyksta.

Giliausiame tikrovės lygmenyje erdvė ir laikas egzistuoja ne taip, kaip mūsų kasdieniame pasaulyje. Visatoje egzistuoja juodosios bedugnės ir dar egzotiškesnės kirmgraužos – hipotetinės tunelį primenančios jungtys tarp tolimų erdvėlaikio taškų, kuriose erdvėlaikis yra kitoks.

Jei erdvėlaikis atsirado, tai iš kur jis atsirado? Šiandien populiariausia kvantinės gravitacijos teorija yra stygų teorija. Stygos yra pagrindinės materijos ir energijos sudedamosios dalys, iš kurių susidaro pagrindinės subatominės dalelės, matomos dalelių greitintuvuose. Jos atsakingos už gravitaciją. Hipotetinė dalelė, kuri neša gravitacijos jėgą, yra gravitonas.

Tačiau stygų teoriją sunku suprasti – ji gyvena matematinėje teritorijoje, kurią fizikai ir matematikai tyrinėja dešimtmečius.

Bet iš kur atsirado erdvė? Iš ko ji atsirado? Vienas atsakymas yra keista kvantinė sąveika – dalelių susietumas dideliais atstumais, koreliuojantis jų elgesį neįtikimais būdais.

Susietumas yra kvantinės fizikos reiškinys. Kai bet kurie du objektai sąveikauja kvantinėje fizikoje, jie susisieja ir išlieka susiję nesvarbu, kokiu atstumu vienas nuo kito nutoltų. Eksperimentų metu fizikai išlaikė susietumą tarp dalelių didesniu nei 1000 kilometrų atstumu, ir netgi tarp dalelių ant žemės ir siunčiamų į orbitoje skriejančių palydovų. Iš esmės dvi susijusios dalelės galėtų palaikyti ryšį priešingose galaktikos ar visatos pusėse. Atrodo, kad atstumas nėra svarbus susietumui.

Fizikai įtaria, kad šis ryšys gali būti taikomas ir visatai. „Kas sulaiko erdvę kartu ir neleidžia jai subyrėti? Atsakymas yra susietumas tarp dviejų erdvės dalių. Susietumas gali salygoti erdvės struktūrą, sudarydamas metmenis, iš kurių atsiranda pasaulio geometrija. Jei galėtumėte kaip nors sunaikinti susietumą tarp dviejų erdvės dalių, erdvė subyrėtų“, – sako amerikiečių fizikas Leonardas Susskindas.

Jei erdvę susukuria susietumas, tai pati erdvė atsirado iš kvantinio reiškinio. Kadangi erdvė ir laikas yra glaudžiai susiję reliatyvumo teorijoje, erdvės atsiradimas turi paaiškinti ir laiką.

Jei stygų teoretikai yra teisūs, tai erdvė gali būti sukurta iš kvantinio susietumo. Kvantinėje gravitacijoje erdvė ir laikas nėra tolygūs ir nenutrūkstami – jie sudaryti iš į tinklą sujungų erdvės ir laiko atomų.

Šiuolaikinė fizika yra savo sėkmės auka, nes kvantinės gravitacijos teoriją sunku patikrinti. Ji reikalinga tik ekstremalioms situacijoms apibūdinti, kai didžiulės masės susigrūda į neaprėpiamai mažas erdves. Tokios sąlygos egzistuoja tik keliose gamtos vietose, pavyzdžiui, juodosios bedugnės centre. Prireiktų galaktikos dydžio dalelių greitintuvo, kad būtų galima patikrinti Visatos elgseną kvantinės gravitacijos sąlygomis. Ankstyviausiomis Didžiojo sprogimo akimirkomis Visata buvo maža ir tanki – jai apibūdinti reikia kvantinės gravitacijos.

Galvodami apie tokius klausimus mes daug sužinojome apie fiziką ir Visatą. Fizikai yra sudaryti iš atomų. Jie yra atomų bandymas suprasti save, Visatą ir erdvėlaikį.