Най-накрая единна теория, комбинираща гравитацията с другите фундаментални сили – електромагнетизма и силните и слабите ядрени взаимодействия – е на една ръка разстояние. Включването на гравитацията в обхвата ѝ е целта на поколения физици, които се борят да съвместят несъвместимостта на два крайъгълни камъка на съвременната физика: квантовата теория на полето и теорията на гравитацията на Айнщайн.
ОЩЕ: Физици смятат, че най-накрая са открили доказателства за теорията на струните
Изследователи от университета Аалто са разработили нова квантова теория на гравитацията, която описва гравитацията по начин, съвместим с Физиката на елементарните частици, отваряйки вратата към по-добро разбиране за това как е възникнала Вселената. Макар че светът на теоретичната физика може да изглежда далечен от приложимите технологии, откритията са забележителни. Съвременните технологии са изградени върху такива фундаментални постижения – например, GPS-ът във вашия смартфон работи благодарение на теорията на гравитацията на Айнщайн.
Авторите на новото изследване Мико Партанен и Юка Тулки очакват, че в рамките на няколко години откритията ще отключат критично разбиране.
ОЩЕ: Магическо уравнение обединява квантовата физика и теорията на относителността
NASA/JPL-Caltech
„Ако се окаже, че това води до пълна квантова теория на полето на гравитацията, тогава в крайна сметка ще даде отговори на много трудните проблеми за разбиране на сингулярностите в черните дупки и Големия взрив“, казва Партанен.
„Теория, която последователно описва всички фундаментални сили на природата, често се нарича „Теория на всичко“. Някои фундаментални въпроси на физиката все още остават без отговор. Например настоящите теории все още не обясняват защо в наблюдаемата Вселена има повече материя, отколкото антиматерия.“
Съвместяване на несъвместимото
Ключът бил да се намери начин да се опише гравитацията в подходяща калибровъчна теория – вид теория, в която частиците взаимодействат помежду си чрез поле. „Най-познатото калибровъчно поле е електромагнитното поле. Когато електрически заредените частици взаимодействат помежду си, те взаимодействат чрез електромагнитното поле, което е съответното калибровъчно поле“, обяснява Тулки. „Така че, когато имаме частици, които имат енергия, взаимодействията, които те имат само защото имат енергия, биха се случили чрез гравитационното поле.“
ОЩЕ: "Квантовата гравитация" може да се появи от холографска Вселена
Предизвикателство, пред което отдавна са изправени физиците, е намирането на калибровъчна теория на гравитацията, която е съвместима с калибровъчните теории на другите три фундаментални сили – електромагнитното, слабото ядрено и силното ядрено взаимодействие. Стандартният модел на физиката на елементарните частици е калибровъчна теория, която описва тези три сили и има определени симетрии. „Основната идея е да имаме калибровъчна теория на гравитацията със симетрия, подобна на симетриите на Стандартния модел, вместо да базираме теорията на много различния вид пространствено-времева симетрия на общата теория на относителността“, казва Партанен, водещ автор на изследването.
iStock
Без такава теория физиците не могат да съгласуват двете ни най-мощни теории – квантовата теория на полето и общата теория на относителността. Квантовата теория описва света на малките частици, взаимодействащи по вероятностни начини, докато общата теория на относителността описва по-масивния свят на познатите обекти и тяхното гравитационно взаимодействие. Те са описания на нашата Вселена от различни гледни точки и двете теории са потвърдени с изключителна точност, но въпреки това са несъвместими една с друга. Освен това, тъй като гравитационните взаимодействия са слаби, е необходима по-голяма прецизност, за да се изучат истинските квантови гравитационни ефекти отвъд общата теория на относителността, която е класическа теория.
ОЩЕ: Нашият свят естествено възниква от паралелни квантови вселени
„Необходима е квантова теория на гравитацията, за да се разбере какви явления има в случаите, когато има гравитационно поле и високи енергии“, казва Партанен. Това са условията около черните дупки и в много ранната Вселена, веднага след Големия взрив – области, където съществуващите теории във физиката спират да работят.
Винаги очарован от много големите въпроси на физиката, изследователят открива нов, базиран на симетрия, подход към теорията на гравитацията и започва да развива идеята допълнително с Тулки. Получената работа има голям потенциал да отключи цяла нова ера на научно разбиране по същия начин, по който разбирането на гравитацията е проправило пътя към евентуалното създаване на GPS.
ОЩЕ: Айнщайн малко е сгрешил за пространство-времето, казват трима учени
Отворена покана към научната общност
„Все още има предизвикателства пред нас“, казва Партанен, но с времето и усилията очаква те да бъдат преодолени. „Не мога да кажа кога, но мога да кажа, че ще знаем много повече за това след няколко години.“
Засега изследователите са публикували теорията в сегашния ѝ вид, така че останалата част от научната общност да може да се запознае с нея, да провери резултатите ѝ, да помогне за по-нататъшното ѝ развитие и да я надгражда.
„Подобно на квантовата механика и теорията на относителността преди нея, ние се надяваме, че нашата теория ще отвори безброй пътища за изследване на учените“, заключава Партанен.
Статията е публикувана в Reports on Progress in Physics.
