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MAGIC伽馬射線望遠鏡團隊剛剛釋出了一份令人瞠目結舌的預印本(是對早期工作的跟進),描述了對量子引力觀測跡象的搜尋。他們觀察到的是,來自河外耀斑的高能量伽馬射線比低能量伽馬射線到達得更晚。這是因為它們在真空中傳播的速度稍微慢一些,這與愛因斯坦狹義相對論的基本假設之一——即輻射在真空中以相同的速度傳播,無論能量多少——相悖嗎?
該團隊研究了2005年中期來自星系馬卡良501中心黑洞的兩次伽馬射線耀斑。他們比較了兩個能量範圍內的伽馬射線,分別為1.2至10太電子伏特(TeV)和0.25至0.6 TeV。第一組比第二組晚到達地球四分鐘。團隊成員之一,歐洲核子研究中心(CERN)的物理學家約翰·埃利斯說:“時間延遲的顯著性高於95%,並且效應的幅度超出了先前實驗的靈敏度。”
要麼是高能量伽馬射線釋放得較晚(因為它們的產生方式),要麼是它們的傳播速度較慢。該團隊排除了最明顯的傳統效應,但將不得不做更多工作來證明新的物理學正在發揮作用——這屬於“非凡的主張需要非凡的證據”的情況。但是,如果高能量伽馬射線真的在宇宙競賽中落敗,那將是一個重大發現。它可能成為約束弦理論、圈量子引力和其他前沿理論的一種方式。
基本的圖景是,高能量可能會引起時空形狀的小規模波動,這將起到亞原子透鏡的作用。光子能量越高,它可能誘導的透鏡效應就越大,並且它覆蓋大距離的速度就越慢。四分鐘對於長達五十億年的旅程來說不算什麼延遲,但話又說回來,你也不會期望太多。從延遲中,你可以推斷出量子引力何時開始起作用。一些理論預測,這種效應與量子引力尺度成正比,在這種情況下,它發生在5 x 1017吉電子伏特(GeV)。在另一些理論中,它與尺度的平方成正比,在這種情況下,延遲意味著6 x 1010 GeV。
我需要對此進行更深入的研究,但我只是想把這個訊息釋出出來,供人們思考。
更新(8月23日):另一位合著者,德克薩斯A&M大學的弦理論家德米特里·納諾普洛斯寫信給我:“我對此非常興奮,因為正如您所知,我們大約十年前就提出了這種效應,並且我們透過多項分析和/或理論改進進行了跟進。請注意,0.4 x 1018 GeV 是典型的弦尺度!!!!”
加州大學戴維斯分校MAGIC團隊的丹尼爾·費倫茨寫道:“已經有人嘗試觀察伽馬射線耀斑和伽馬射線暴中的時間延遲,但我們從未見過這樣的情況……我們應該記住,這種效應仍然可能源於源中伽馬射線發射的過程,儘管可能性不大。我們正在迅速瞭解來自MAGIC、HESS、VERITAS和CANGAROO收集的新資料中,與X射線和光學測量一致的活動星系核(AGN)的發射過程,並將很快了解更多。”
更新(8月24日):我們開始看到博主們發表意見,包括獨一無二的盧博斯·莫特爾和 Chris Lee 在 Ars Technica 上的文章,儘管我驚訝的是評論不多。在這裡,我們終於得到了一些探測弦理論的觀測結果,即使只是初步的,而那些一直大聲抱怨缺乏此類觀測結果的人卻保持了沉默。
更新(8月25日):彼得·沃伊特現在也發表了意見,儘管他對MAGIC結果本身的評論不如對Slashdot關於其被用於測試弦理論的標題的評論多。我認為沃伊特的評論有些偏離重點。就像塞繆爾·約翰遜的會走路的狗一樣,我們能夠談論以經驗方式探測量子引力這一事實本身就非常了不起。
更新(8月27日):Backreaction 持懷疑態度,這是理所當然的。儘管謹慎當然是必要的,但物理學家(包括 Backreaction 本身)對此感興趣的全部原因是,它可能表明違反了狹義相對論。
更新(8月30日):另一位合著者,倫敦國王學院的弦理論家尼克·馬伕羅馬託斯這樣說道:“如果結果不是源效應——並且僅從對單個耀斑的一次觀察無法確定這一點——那麼它確實將構成真空(亞光速)色散的首次陽性探測。在我們的論文中,我們已經論證了這種效應並非由傳統的等離子體效應引起,但正如我們在論文中所說,我們仍然不能排除可能導致光子在發射階段延遲的其他源效應……為了確定該效應是真正的量子引力效應,它也必須在所有其他情況下觀察到……尤其是在伽馬射線暴中。在那裡,具有統計學意義的爆發群體將對區分效應與源效應起到決定性作用。”