Слідами Гокінга. Теорія, яка може змінити фізику: що таке гравітація, що виникає

У 2009 році фізик Ерік Верлінде запропонував радикально нове уявлення про гравітацію — теорію гравітації, що виникає. Згідно з цією теорією, гравітація не є фундаментальною силою Всесвіту, а це скоріше прояв глибших прихованих процесів. Але за 15 років теорія не отримала особливої експериментальної підтримки. Отже, що таке гравітація, що виникає, і чи може вона змінити фізику? Про це пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Властивості, що виникають, поширені в усій фізиці. Наприклад, властивість температури не є внутрішньою властивістю газів. Це виниклий результат незліченних мікроскопічних зіткнень. Вчені за допомогою сучасних приладів можуть зіставити ці мікроскопічні зіткнення з температурою. Існує ціла галузь фізики, статистична механіка, яка робить відомими ці зв'язки.

Водночас зв'язок між мікроскопічною поведінкою і властивостями, що виникають, не такий очевидний. Наприклад, хоча вчені розуміють механізми надпровідності, незрозуміло як мікроскопічні взаємодії призводять до появи високотемпературних надпровідників.

Альтернативна теорія гравітації

Теорія Верлінде заснована на тому, про що говорили ще в 70-х роках минулого століття фізики Стівен Гокінг і Яаков Бекенштейн. Вони припустили, що багато властивостей чорних дір можна висловити за допомогою законів термодинаміки. Фізики вважали, що гравітація і термодинаміка пов'язані. Але закони термодинаміки виникають із мікроскопічних процесів. Верлінде припустив, що гравітація насправді може виникнути внаслідок якогось глибшого фізичного процесу.

Запропонувавши 15 років тому свою теорію, фізик показав альтернативне формулювання гравітації. Оскільки гравітація пов'язана з нинішніми уявленнями про рух, інерцію, простір і час, це означає, що весь наш Всесвіт також виник внаслідок тих самих глибших фізичних процесів.

У 2016 році Верлінде розширив свою теорію і припустив, що Всесвіт, який має темну енергію, природним чином призводить до нової властивості простору, яка виникає і дає змогу йому рухатися всередину себе в регіонах з низькою щільністю. Подібне припущення дало альтернативне пояснення темної матерії, тобто невидимої речовини, що становить більшу частину маси всіх галактик.

Згідно з теорією гравітації, що виникає, щойно ви з'являєтесь у регіонах із низькою густиною, тобто за межами Сонячної системи, гравітація поводиться інакше, ніж припускає теорія відносності Ейнштейна. У великих масштабах існує природне внутрішнє тяжіння простору самого до себе, яке змушує матерію накопичуватися в більш щільні грудки.

Що показала перевірка нової теорії гравітації?

Астрономи вирішили перевірити нову теорію гравітації, за допомогою спостережень за космосом, застосувавши її до моделей структури та еволюції галактик, щоб знайти відмінності між нею і моделями темної матерії.

Але результати були неоднозначними. Деякі дослідження віддавали перевагу гравітації, що виникає, над темною матерією, коли справа стосувалася швидкості обертання зірок. Але пізніші спостереження не виявили переваг нової теорії гравітації. Темна матерія може пояснити набагато більше, ніж просто швидкість обертання галактик, і спостереження за скупченнями галактик показали, що гравітація, яка виникає, не працює.

Але не можна поставити хрест на теорії гравітації, що виникає. Ця теорія все ще залишається дуже новою і необхідно багато припущень у розрахунках, щоб вона запрацювала. Без повної реалізації теорії важко сказати, наскільки точно її передбачення, які стосуються поведінки галактик і скупчень галактик, відображають те, що могла б показати гравітація, що виникає. Астрофізики зараз працюють над новими способами перевірки цієї теорії з використанням реліктового випромінювання.

Гравітація, що виникає, залишається інтригуючою теорією. Якщо вона дійсно існує, то це змінить радикальним чином розуміння всього Всесвіту. Якщо буде доведено, що гравітація, яка виникає, працює, як пророкує теорія, то фізикам доведеться розглядати гравітацію і рух, і навіть час і простір через призму виникнення глибших і складніших взаємодій.

Як уже писав Фокус, астрономи 2000 років тому побачили нову зірку, але тепер з'ясувалося, що це було насправді. Перші дані наземного телескопа Condor Array Telescope обіцяють відкрити для астрономів невидимий раніше тьмяний Всесвіт.