本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
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MAGIC伽马射线望远镜团队刚刚发布了一份令人瞠目结舌的预印本(是对早期工作的跟进),描述了对量子引力观测迹象的搜索。他们观察到的是,来自河外耀斑的高能量伽马射线比低能量伽马射线到达得更晚。这是因为它们在真空中传播的速度稍微慢一些,这与爱因斯坦狭义相对论的基本假设之一——即辐射在真空中以相同的速度传播,无论能量多少——相悖吗?
该团队研究了2005年中期来自星系马卡良501中心黑洞的两次伽马射线耀斑。他们比较了两个能量范围内的伽马射线,分别为1.2至10太电子伏特(TeV)和0.25至0.6 TeV。第一组比第二组晚到达地球四分钟。团队成员之一,欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家约翰·埃利斯说:“时间延迟的显著性高于95%,并且效应的幅度超出了先前实验的灵敏度。”
要么是高能量伽马射线释放得较晚(因为它们的产生方式),要么是它们的传播速度较慢。该团队排除了最明显的传统效应,但将不得不做更多工作来证明新的物理学正在发挥作用——这属于“非凡的主张需要非凡的证据”的情况。但是,如果高能量伽马射线真的在宇宙竞赛中落败,那将是一个重大发现。它可能成为约束弦理论、圈量子引力和其他前沿理论的一种方式。
基本的图景是,高能量可能会引起时空形状的小规模波动,这将起到亚原子透镜的作用。光子能量越高,它可能诱导的透镜效应就越大,并且它覆盖大距离的速度就越慢。四分钟对于长达五十亿年的旅程来说不算什么延迟,但话又说回来,你也不会期望太多。从延迟中,你可以推断出量子引力何时开始起作用。一些理论预测,这种效应与量子引力尺度成正比,在这种情况下,它发生在5 x 1017吉电子伏特(GeV)。在另一些理论中,它与尺度的平方成正比,在这种情况下,延迟意味着6 x 1010 GeV。
我需要对此进行更深入的研究,但我只是想把这个消息发布出来,供人们思考。
更新(8月23日):另一位合著者,德克萨斯A&M大学的弦理论家德米特里·纳诺普洛斯写信给我:“我对此非常兴奋,因为正如您所知,我们大约十年前就提出了这种效应,并且我们通过多项分析和/或理论改进进行了跟进。请注意,0.4 x 1018 GeV 是典型的弦尺度!!!!”
加州大学戴维斯分校MAGIC团队的丹尼尔·费伦茨写道:“已经有人尝试观察伽马射线耀斑和伽马射线暴中的时间延迟,但我们从未见过这样的情况……我们应该记住,这种效应仍然可能源于源中伽马射线发射的过程,尽管可能性不大。我们正在迅速了解来自MAGIC、HESS、VERITAS和CANGAROO收集的新数据中,与X射线和光学测量一致的活动星系核(AGN)的发射过程,并将很快了解更多。”
更新(8月24日):我们开始看到博主们发表意见,包括独一无二的卢博斯·莫特尔和 Chris Lee 在 Ars Technica 上的文章,尽管我惊讶的是评论不多。在这里,我们终于得到了一些探测弦理论的观测结果,即使只是初步的,而那些一直大声抱怨缺乏此类观测结果的人却保持了沉默。
更新(8月25日):彼得·沃伊特现在也发表了意见,尽管他对MAGIC结果本身的评论不如对Slashdot关于其被用于测试弦理论的标题的评论多。我认为沃伊特的评论有些偏离重点。就像塞缪尔·约翰逊的会走路的狗一样,我们能够谈论以经验方式探测量子引力这一事实本身就非常了不起。
更新(8月27日):Backreaction 持怀疑态度,这是理所当然的。尽管谨慎当然是必要的,但物理学家(包括 Backreaction 本身)对此感兴趣的全部原因是,它可能表明违反了狭义相对论。
更新(8月30日):另一位合著者,伦敦国王学院的弦理论家尼克·马夫罗马托斯这样说道:“如果结果不是源效应——并且仅从对单个耀斑的一次观察无法确定这一点——那么它确实将构成真空(亚光速)色散的首次阳性探测。在我们的论文中,我们已经论证了这种效应并非由传统的等离子体效应引起,但正如我们在论文中所说,我们仍然不能排除可能导致光子在发射阶段延迟的其他源效应……为了确定该效应是真正的量子引力效应,它也必须在所有其他情况下观察到……尤其是在伽马射线暴中。在那里,具有统计学意义的爆发群体将对区分效应与源效应起到决定性作用。”