Odpowiedź na odwieczne pytanie o najmniejszą rzecz we wszechświecie ewoluowała wraz z ludzkością. Kiedyś ludzie myśleli, że ziarenka piasku są budulcem tego, co widzimy wokół nas. Potem odkryto atom, który uważano za niepodzielny, dopóki nie rozszczepiono go, by ujawnić protony, neutrony i elektrony w jego wnętrzu. Te również wydawały się fundamentalnymi cząstkami, zanim naukowcy odkryli, że protony i neutrony składają się z trzech kwarków każdy.
„Tym razem nie byliśmy w stanie dostrzec żadnych dowodów na to, że coś znajduje się wewnątrz kwarków”, powiedział fizyk Andy Parker. „Czy osiągnęliśmy najbardziej fundamentalną warstwę materii?”
I nawet jeśli kwarki i elektrony są niepodzielne, powiedział Parker, naukowcy nie wiedzą, czy są one najmniejszymi bitami materii w istnieniu, czy też wszechświat zawiera obiekty, które są jeszcze bardziej minutowe.
Parker, profesor fizyki wysokich energii na angielskim Uniwersytecie Cambridge, był ostatnio gospodarzem specjalnego programu telewizyjnego na brytyjskim kanale BBC Two zatytułowanego „Horyzont: Jak mały jest Wszechświat?”
Struny czy punkty?
W eksperymentach, teensy, maleńkie cząstki takie jak kwarki i elektrony wydają się działać jak pojedyncze punkty materii bez rozkładu przestrzennego. Ale obiekty podobne do punktów komplikują prawa fizyki. Ponieważ do punktu można się nieskończenie zbliżyć, siły działające na niego mogą stać się nieskończenie duże, a naukowcy nienawidzą nieskończoności.
Pomysł zwany teorią superstrun mógłby rozwiązać ten problem. Teoria ta zakłada, że wszystkie cząstki, zamiast być podobne do punktów, są w rzeczywistości małymi pętlami sznurka. Nic nie może zbliżyć się w nieskończoność do pętli sznurka, ponieważ zawsze będzie nieco bliżej jednej części niż drugiej. Ta „luka” wydaje się rozwiązywać niektóre z problemów związanych z nieskończonością, czyniąc ten pomysł atrakcyjnym dla fizyków. Jednak naukowcy wciąż nie mają eksperymentalnych dowodów na to, że teoria strun jest poprawna.
Innym sposobem rozwiązania problemu punktów jest stwierdzenie, że przestrzeń sama w sobie nie jest ciągła i gładka, ale składa się z dyskretnych pikseli lub ziaren, czasami nazywanych pianką czasoprzestrzenną. W takim przypadku dwie cząstki nie mogłyby zbliżyć się do siebie w nieskończoność, ponieważ zawsze musiałyby być oddzielone od siebie minimalną wielkością ziarna przestrzeni.
Szczegółowość
Innym pretendentem do tytułu najmniejszej rzeczy we wszechświecie jest osobliwość w centrum czarnej dziury. Czarne dziury powstają, gdy materia jest skondensowana w wystarczająco małej przestrzeni, aby grawitacja przejęła kontrolę, powodując, że materia ciągnie do środka i do środka, ostatecznie kondensując się w pojedynczy punkt o nieskończonej gęstości. Przynajmniej zgodnie z obowiązującymi prawami fizyki.
Ale większość ekspertów nie sądzi, że czarne dziury są naprawdę nieskończenie gęste. Uważają oni, że ta nieskończoność jest wynikiem konfliktu pomiędzy dwiema obowiązującymi teoriami – ogólną teorią względności i mechaniką kwantową – i że kiedy uda się sformułować teorię kwantowej grawitacji, prawdziwa natura czarnych dziur zostanie ujawniona.
„Moim zdaniem są one sporo mniejsze od kwarka, ale nie wierzę, że mają nieskończoną gęstość” – powiedział Parker w wywiadzie dla LiveScience. „Najprawdopodobniej są one może milion milionów razy lub nawet więcej mniejsze niż odległości, które widzieliśmy do tej pory.”
To sprawiłoby, że osobliwości byłyby mniej więcej wielkości superstrun, jeśli takowe istnieją.
Długość Plancka
Superstruny, osobliwości, a nawet ziarna wszechświata mogłyby okazać się mniej więcej wielkości „długości Plancka”.
Długość Plancka to 1,6 x 10^-35 metra (liczba 16 poprzedzona 34 zerami i przecinkiem) – niepojęcie mała skala, która ma związek z różnymi aspektami fizyki.
Długość Plancka jest zbyt mała, by zmierzyć ją jakimkolwiek instrumentem, ale poza tym uważa się, że stanowi teoretyczną granicę najkrótszej mierzalnej długości. Zgodnie z zasadą niepewności, żaden instrument nie powinien być w stanie zmierzyć niczego mniejszego, ponieważ w tym zakresie wszechświat jest probabilistyczny i nieokreślony.
Skala ta jest również uważana za linię demarkacyjną pomiędzy ogólną względnością a mechaniką kwantową.
„Odpowiada ona odległości, w której pole grawitacyjne jest tak silne, że może zacząć robić rzeczy takie jak tworzenie czarnych dziur z energii pola” – powiedział Parker. „W długości Plancka spodziewamy się, że kwantowa grawitacja przejmuje kontrolę.”
Prawdopodobnie wszystkie najmniejsze rzeczy we wszechświecie mają rozmiar długości Plancka.
Ta historia została dostarczona przez LiveScience, siostrzaną stronę SPACE.com. Śledź Clara Moskowitz na Twitterze @ClaraMoskowitz lub LiveScience @livescience. Jesteśmy również na Facebooku & Google+.
Ostatnie wiadomości