量子泡

量子泡または時空泡は、量子力学による非常に小さなスケールでの時空の理論的な量子ゆらぎです。理論では、これらの小さなスケールでは、物質と反物質の粒子が絶えず生成され、破壊されると予測されています。これらの亜原子物体は仮想粒子と呼ばれます。^[1]このアイデアは1955年にジョン・ホイーラーによって考案されました。 ^{[2] [3]}

量子重力理論が不完全なため、小さなスケールで時空がどのように見えるかを確実に知ることは不可能である。しかし、時空が根本的に滑らかでなければならないという決定的な理由はない。その代わりに、量子重力理論では、時空は多くの小さな絶えず変化する領域で構成され、その中で空間と時間は明確ではなく、泡のように変動する可能性がある。^[4]

ウィーラーは、不確定性原理は、十分に小さな距離と十分に短い時間間隔では、「時空の幾何学そのものが変動する」ことを意味するかもしれないと示唆した。^[5]これらの変動は、巨視的スケールで見られる滑らかな時空からの大きな逸脱を引き起こすほど大きく、時空に「泡沫」的な特徴を与える可能性がある。

仮想粒子によって引き起こされる可能性のあるカシミール効果の実験的証明は、仮想粒子の存在の強力な証拠です。ミューオンと電子によって形成される磁石の強さを予測するg-2実験も、仮想粒子の存在を支持しています。^[1]

2005年、ブレーザーのマルカリアン501から到達するガンマ線 光子の観測中に、MAGIC（主要大気ガンマ線撮像チェレンコフ）望遠鏡は、異なるエネルギーレベルの光子のいくつかが異なる時間に到達したことを検出しました。これは、光子のいくつかがよりゆっくりと移動したことを示唆しており、したがって、光速度は一定であるという特殊相対性理論に違反しており、この矛盾は量子泡の不規則性によって説明できます。^[6]しかし、その後の実験では、空間の粒状性による光速度の想定される変化を確認することができませんでした。^{[7] [8]}

遠方のガンマ線バーストからの光の偏光に関する他の実験でも矛盾した結果が出ています。^[9]地球上でのさらなる実験が進行中または提案されています。^{[10 ] [11]}

時空泡の揺らぎ特性はプランク長（≈10−35m ^） のオーダーの長さスケールで発生すると予想されるが^{[12] 、}量子重力のいくつかのモデルでははるかに大きな揺らぎが予測されている。

光子は量子泡によって減速されるはずであり、その速度は光子の波長に依存する。これはローレンツ不変性に反する。しかし、 NASAゴダード宇宙飛行センターのフロイド・ステッカーによる近くのクエーサーからの放射の観測では、ローレンツ不変性の違反の証拠は見つからなかった。^[13]

泡沫状時空は距離の測定精度にも限界を設ける。なぜなら、光子は霧を通過することで拡散する光と同様に、時空の泡をランダムに拡散するからである。このため、望遠鏡で観測される非常に遠方の物体の画質は低下するはずである。NASAのチャンドラX線観測衛星、フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡、および超高エネルギー放射線画像望遠鏡アレイ（VERITAS）による地上ガンマ線観測を使用したクエーサーのX線およびガンマ線観測では、最も遠い観測距離でも検出可能な劣化は見られなかった。これは、少なくとも水素原子核の1000倍小さい距離までは時空が滑らかであることを意味しており、^{[14] [15] [16] [17] [18]}時空の量子ゆらぎのサイズに上限を設けている。

真空の揺らぎは真空に真空エネルギーと呼ばれるゼロではないエネルギーを与えます。^[19]

スピンフォーム理論は、ウィーラーの考えを定量化する現代的な試みです。

• ミンケル、JR (2003 年 11 月 24 日)。「借り物の時間: ミチオ・カク氏へのインタビュー」。サイエンティフィック・アメリカン
• Swarup, A. (2006). 「量子泡に照準を合わせる」New Scientist、189、p. 18、2012 年 2 月 10 日にアクセス