Ейнштейн міг помилятися, і квантова гравітація існує: фізики створили нову теорію
Фізики створили новий підхід до вирішення однієї з найбільших проблем у фізиці: об'єднання гравітації з квантовим світом. Нова теорія робить крок уперед до створення довгоочікуваної "теорії всього", яка об'єднує гравітацію і загальну теорію відносності із силами, описуваними квантовою теорією. По суті фізики переосмислили гравітацію, щоб зробити її сумісною з квантовою фізикою без залучення невідомих частинок і сил.
Дослідження опубліковано в журналі Reports on Progress in Physics, пише Space.
В основі нової теорії фізики лежить переосмислення того, як гравітація поводиться на фундаментальному рівні. Якщо квантова теорія поля описує такі сили, як електромагнітна, слабка і сильна взаємодія, то гравітація є винятком. Найкраще гравітацію описує загальна теорія відносності Ейнштейна, яка показує, що ця сила є викривленням геометрії простору-часу за допомогою маси. Усі спроби об'єднати квантову теорію із загальною теорією відносності стикаються з математичними невідповідностями. Тобто ці теорії не можуть працювати разом, а тому потрібна "теорія всього", яка б описувала всі чотири сили природи разом. І автори дослідження зробили крок уперед до створення такої теорії.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
На шляху до створення теорії квантової гравітації
Фізики у своїй теорії переосмислили гравітацію таким чином, що новий підхід відображає структуру квантової теорії поля. Тобто цей підхід до квантової гравітації нагадує формулювання трьох інших головних взаємодій у Стандартній моделі фізики елементарних частинок.
У новій теорії гравітація замість того, щоб створюватися за допомогою викривлення простору-часу, створюється чотирма взаємопов'язаними полями, кожне з яких схоже на поле, що керує електромагнетизмом. Ці поля реагують на масу так само, як електричні та магнітні поля реагують на заряд і струм. Вони також взаємодіють одне з одним і з полями Стандартної моделі фізики елементарних частинок таким чином, що відтворюють загальну теорію відносності, але водночас дають змогу включати квантові ефекти.
Нова теорія оминає математичні проблеми, які не давали можливості об'єднати квантову теорію поля і загальну теорію відносності. При цьому нова теорія на відміну від інших теорій квантової гравітації не вимагає наявності ще не виявлених частинок і сил, а заснована на знайомій фізиці. Це означає, що цю теорію можна перевірити без зміни законів фізики.
Хоча попередні розрахунки показують, що нова теорія добре поводиться при звичайних перевірках узгодженості між квантовим світом і гравітацією, повний доказ її узгодженості ще належить розробити.
Також нову теорію поки що не можна застосувати для пояснення таких загадок, як справжня природа сингулярності чорної діри або фізики Великого вибуху, з якого розпочався Всесвіт. Вчені кажуть, що більш вдосконалена теорія зможе пояснити ці загадки в майбутньому.
Ще одна проблема полягає в тому, що поки перевірити ефекти квантової гравітації неможливо за допомогою наявних приладів. Але вчені кажуть, що їхня теорія не включає регульованих параметрів, а тому будь-які експерименти з вивчення поведінки квантової гравітації, можуть підтвердити або спростувати нову пропозицію.
"Теорія всього" і квантова гравітація
Квантова гравітація має об'єднати дві несумісні теорії.
- Загальна теорія відносності Ейнштейна описує гравітацію і чудово працює для опису великих масштабів, тобто планет, зірок, галактик і Всесвіту загалом.
- Квантова механіка описує поведінку матерії на мікроскопічному рівні, тобто на рівні атомів і частинок. Вона успішно описує сильну, слабку та електромагнітну взаємодію.
Проблема виникає, коли фізики намагаються застосувати квантову механіку до гравітації, особливо в екстремальних умовах, де гравітація стає неймовірно сильною в дуже малих масштабах. Це відбувається, наприклад, у центрі чорних дір, де знаходиться сингулярність сингулярність, або ж у перші миті після Великого Вибуху, коли весь Всесвіт був стиснутий до неймовірно малих розмірів.
Коли фізики намагаються уявити гравітацію як квантове поле, то стандартні методи квантової теорії поля дають нескінченні й безглузді результати. Тому потрібна "теорія всього", яка б дала повну картину реальності.
Також Фокус писав ще про одне дослідження, в якому фізики запропонували свій спосіб об'єднати квантову теорію із загальною теорією відносності Ейнштейна.
Як уже писав Фокус, фізики вперше створили рідкий вуглець і це відкриває шлях до безмежної енергії. Вчені вперше створили рідкий вуглець за допомогою потужного лазера і вперше вивчили в лабораторії його структуру. Раніше вважалося, що це неможливо.