De meeste natuurkundigen geloven dat de structuur van ruimtetijd op een onbekende manier wordt gevormd op de Planck-schaal, d.w.z., op een schaal van bijna een biljoenste van een biljoenste meter. Echter, zorgvuldige overwegingen ondermijnen deze voorspelling. Er zijn nogal wat argumenten voor het ontstaan ​​van ruimtetijd als gevolg van processen die plaatsvinden op het niveau van quarks en hun conglomeraten.

Wat is ruimtetijd? Het absolute, onveranderlijke arena van gebeurtenissen? Of misschien is het een dynamische creatie, op de een of andere manier op een bepaalde schaal van afstand opduiken, tijd of energie. Verwijzingen naar het absolute zijn in de huidige natuurkunde niet welkom. Er wordt algemeen aangenomen dat ruimtetijd in opkomst is. Het is niet duidelijk, echter, waar het ontstaansproces plaatsvindt. De meeste natuurkundigen hebben de neiging om te veronderstellen dat ruimtetijd wordt gecreëerd op de Planck-schaal, op afstanden van bijna een biljoenste van een biljoenste meter (~10-35 m). In zijn artikel in Grondslagen van de wetenschap , Professor Piotr Zenczykowski van het Instituut voor Kernfysica van de Poolse Academie van Wetenschappen (IFJ PAN) in Krakau systematiseert de observaties van vele auteurs over de vorming van ruimtetijd, en stelt dat de hypothese over de vorming ervan op de schaal van quarks en hadronen (of quarkaggregaten) om een ​​aantal redenen heel verstandig is.

Vragen over de aard van ruimte en tijd hebben de mensheid al sinds de oudheid in verwarring gebracht. Zijn ruimte en tijd gescheiden van materie, het creëren van een "container" voor bewegingen en gebeurtenissen die plaatsvinden met de deelname van deeltjes, zoals Democrit in de 5e eeuw voor Christus voorstelde? Of misschien zijn het attributen van materie en zouden ze niet zonder kunnen bestaan, zoals Aristoteles een eeuw later suggereerde? Ondanks het verstrijken van millennia, deze problemen zijn nog niet opgelost. Bovendien, beide benaderingen, hoewel tegenstrijdig, zijn diep geworteld in de pijlers van de moderne natuurkunde.

In de kwantummechanica, gebeurtenissen vinden plaats in een starre arena met een gelijkmatig stromende tijd. In de tussentijd, in de algemene relativiteitstheorie, materie vervormt elastische ruimtetijd (uitrekken en draaien), en ruimtetijd vertelt deeltjes hoe ze moeten bewegen. Met andere woorden, in één theorie, de acteurs betreden een reeds voorbereid podium om hun rollen te spelen, terwijl in de andere zij maken de scenografie tijdens de voorstelling, die op hun beurt hun gedrag beïnvloeden.

in 1899, De Duitse natuurkundige Max Planck merkte op dat met bepaalde combinaties van enkele natuurconstanten, zeer fundamentele meeteenheden kunnen worden verkregen. Slechts drie constanten:de lichtsnelheid c, de zwaartekrachtconstante G en de constante h van Planck waren voldoende om afstandseenheden te creëren, tijd en massa, gelijk aan (respectievelijk) 1,62 · 10 ^-35 m, 5.39 · 10 ^-44 s en 2.18 · 10 ^-5 G. Volgens het huidige algemene geloof, ruimtetijd zou worden gecreëerd op Plancks lengte. In feite, er zijn geen inhoudelijke argumenten voor de rationaliteit van deze hypothese.

Zowel onze meest geavanceerde experimenten als theoretische beschrijvingen bereiken de schaal van quarks, d.w.z., het niveau van 10 ^-18 m. Dus hoe weten we dat op weg naar Planck's lengte - meer dan een dozijn opeenvolgende, steeds kleinere orden van grootte - ruimtetijd behoudt zijn structuur? In feite, we weten niet eens zeker of het concept van ruimtetijd rationeel is op het niveau van hadronen! Divisies kunnen niet onbeperkt worden uitgevoerd, omdat op een bepaald moment de vraag naar het volgende kleinere deel gewoon niet meer zinvol is. Een perfect voorbeeld hier is temperatuur. Dit concept werkt heel goed op macroschaal, maar wanneer, na daaropvolgende verdelingen van materie, we bereiken de schaal van individuele deeltjes, het verliest zijn bestaansreden.

"Momenteel, we proberen eerst een gekwantiseerde, discrete ruimtetijd, en dan 'bevolken' het met discrete materie. Echter, als ruimtetijd een product was van quarks en hadronen, de afhankelijkheid zou worden omgekeerd - het discrete karakter van materie zou dan de discretie van ruimtetijd moeten afdwingen, " zegt prof. Zenczykowski. "Planck liet zich leiden door wiskunde. Hij wilde eenheden maken met zo min mogelijk constanten. Maar wiskunde is één ding, en de relatie met de echte wereld is een andere. Bijvoorbeeld, de waarde van de massa van Planck lijkt verdacht. Je zou verwachten dat het een waarde heeft die meer kenmerkend is voor de wereld van quanta. Ondertussen, het komt overeen met ongeveer een tiende van de massa van een vlo, dat is zeker een klassiek object."

Omdat we de fysieke wereld willen beschrijven, we zouden eerder naar fysieke dan naar wiskundige argumenten moeten neigen. Dus als je de vergelijkingen van Einstein gebruikt, we beschrijven het heelal op grote schaal, en het wordt noodzakelijk om een ​​extra zwaartekrachtconstante in te voeren, bekend als de kosmologische constante Lambda. Daarom, terwijl de bouw van fundamentele eenheden, als we de oorspronkelijke set van drie constanten van Lambda uitbreiden, in het geval van massa's, we krijgen niet één maar drie fundamentele waarden:1.39 · 10 ^-65 G, 2.14 · 10 ⁵⁶ G, en 0,35 · 10 ^-24 G. De eerste hiervan kan worden geïnterpreteerd als een kwantum van massa, de tweede is op het niveau van de massa van het waarneembare heelal, en de derde is vergelijkbaar met de massa's van hadronen (bijvoorbeeld de massa van een neutron is 1,67 · 10 ^-24 G). evenzo, na rekening te hebben gehouden met Lambda, een afstandseenheid van 6,37 · 10- ¹⁵ m verschijnt, zeer dicht bij de grootte van hadronen.

"Spelen met constanten, echter, kan riskant zijn, omdat veel afhangt van welke constanten we kiezen. Bijvoorbeeld, als ruimtetijd inderdaad een product was van quarks en hadronen, dan zijn eigenschappen, inclusief de lichtsnelheid, moet ook naar voren komen. Dit betekent dat de lichtsnelheid niet tot de basisconstanten behoort, " zegt prof. Zenczykowski.

Een andere factor die de vorming van ruimtetijd op de schaal van quarks en hadronen bevordert, zijn de eigenschappen van de elementaire deeltjes zelf. Bijvoorbeeld, het standaardmodel verklaart niet waarom er drie generaties deeltjes zijn, waar hun massa vandaan komt, of waarom er zogenaamde interne kwantumgetallen zijn, waaronder isospin, hyperlading en kleur. Op de foto gepresenteerd door Prof. Zenczykowski, deze waarden kunnen worden gekoppeld aan een bepaalde zesdimensionale ruimte die wordt gecreëerd door de posities van deeltjes en hun momenta. De aldus geconstrueerde ruimte kent hetzelfde belang toe aan de posities van deeltjes (materie) en hun bewegingen (processen). Het blijkt dat de eigenschappen van massa's of interne kwantumgetallen dan een gevolg kunnen zijn van de algebraïsche eigenschappen van de 6-D ruimte. Bovendien, deze eigenschappen zouden ook het onvermogen verklaren om vrije quarks waar te nemen.

"De opkomst van ruimtetijd kan worden geassocieerd met veranderingen in de organisatie van materie die plaatsvinden op een schaal van quarks en hadronen in de meer primaire, zesdimensionale faseruimte. Echter, het is niet erg duidelijk wat te doen met deze foto. Elke volgende stap zou verder gaan dan wat we weten. En we kennen niet eens de regels van het spel dat de natuur met ons speelt - we moeten ze nog steeds raden. Echter, het lijkt heel redelijk dat alle constructies beginnen met materie, omdat het iets fysieks en experimenteels beschikbaar is. Bij deze benadering ruimtetijd zou alleen onze idealisering zijn van relaties tussen elementen van materie, " zegt prof. Zenczykowski.