Історично склалося так, що квантова механіка, яка описує поведінку субатомних частинок, і загальна теорія відносності Ейнштейна, яка пояснює гравітацію як викривлення простору-часу, є двома надзвичайно успішними теоріями, розповідає 24 Канал.
Дивіться також Вчені вперше змоделювали Всесвіт на рівні квантової теорії поля
Однак є невеличка проблемка – ці моделі математично несумісні. Спроби об'єднати їх часто призводять до серйозних математичних протиріч, таких як нескінченні ймовірності або негативні ймовірності для фізичних процесів.
Нова теорія гравітації
Для розв'язання цієї проблеми фізики запропонували нову теорію уніфікованої гравітації, або квантової гравітації. Ця модель відкидає значну частину наших попередніх уявлень про гравітацію.
Замість того, щоб описувати гравітацію як викривлення простору-часу, нова теорія припускає, що гравітація керується чотирма взаємопов'язаними компонентами. Ці компоненти ідеально взаємодіють одна з одною.
Цей підхід переосмислює гравітаційне поле таким чином, що воно нагадує структуру відомих квантових теорій поля. У цій моделі гравітація опосередковується чотирма взаємозалежними полями, кожне з яких схоже за структурою 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 та з полями Стандартної моделі, що дозволяє відтворити загальну теорію відносності на класичному рівні.
Навіщо нам нова модель?
Ключова перевага нового підходу полягає в тому, що він дозволяє послідовно включати квантові ефекти і уникає математичних проблем, які виникають при спробах квантувати загальну теорію відносності за допомогою стандартних методів. За словами авторів, їхня структура створює чітко визначену квантову теорію.
Важливою відмінністю цієї нової моделі від багатьох інших теорій квантової гравітації, таких як теорія струн, є її простота. Вона не потребує додаткових вимірів, які ще не мають прямого експериментального підтвердження. Також теорія не вимагає введення будь-яких вільних параметрів, окрім вже відомих фізичних констант.
Це означає, що теорію можна перевірити без необхідності очікування відкриття нових частинок або перегляду існуючих фізичних законів. Будь-які майбутні експерименти з квантової гравітації можуть бути безпосередньо використані для перевірки передбачень цієї теорії.
"Проблеми" нової теорії гравітації
Хоча ця теорія виглядає багатообіцяючою, вона все ще перебуває на ранніх стадіях. Повне доведення її узгодженості ще не розроблено. Теорія ще не застосовувалася до таких глибоких питань, як природа сингулярностей чорних дір або фізика Великого вибуху.
Співавтор Мікко Партанен зазначив, що хоча теорія поки що не здатна розв'язувати ці великі проблеми, вона має потенціал зробити це в майбутньому.
Експериментальна перевірка може бути складною, оскільки гравітація є найслабшою з відомих сил, і її квантові аспекти надзвичайно тонкі. Прямі тести ефектів квантової гравітації знаходяться поза межами досяжності сучасних приладів.
Мікко Партанен зазначив, що, враховуючи поточний темп теоретичних та обсерваційних досягнень, може знадобитися кілька десятиліть, щоб здійснити перші експериментальні прориви, які дадуть прямі докази ефектів квантової гравітації. Однак непрямі докази через передові спостереження можна отримати раніше.
Ця робота, опублікована в журналі Reports on Progress in Physics, відкриває новий шлях для дослідників у їхньому тривалому пошуку об'єднання квантової фізики з теорією гравітації. Вона пропонує напрямок, що залишається в рамках успішних структур фізики частинок, потенційно розкриваючи деякі з найглибших таємниць Всесвіту.
До речі, раніше Британський фізик припускає, що гравітація може бути доказом того, що ми живемо в комп'ютерній симуляції. Вона може працювати, як механізм оптимізації, подібно до стиснення даних у комп'ютерах.