Исторически сложилось так, что квантовая механика, которая описывает поведение субатомных частиц, и общая теория относительности Эйнштейна, которая объясняет гравитацию как искривление пространства-времени, являются двумя чрезвычайно успешными теориями, рассказывает 24 Канал.
Смотрите также Ученые впервые смоделировали Вселенную на уровне квантовой теории поля
Однако есть небольшая проблемка – эти модели математически несовместимы. Попытки объединить их часто приводят к серьезным математическим противоречиям, таких как бесконечные вероятности или отрицательные вероятности для физических процессов.
Новая теория гравитации
Для решения этой проблемы физики предложили новую теорию унифицированной гравитации, или квантовой гравитации. Эта модель отвергает значительную часть наших предыдущих представлений о гравитации.
Вместо того, чтобы описывать гравитацию как искривление пространства-времени, новая теория предполагает, что гравитация управляется четырьмя взаимосвязанными компонентами. Эти компоненты идеально взаимодействуют друг с другом.
Этот подход переосмысливает гравитационное поле таким образом, что оно напоминает структуру известных квантовых теорий поля. В этой модели гравитация опосредуется четырьмя взаимосвязанными полями, каждое из которых похоже по структуре на поле, управляющее электромагнетизмом.
Эти поля реагируют на массу так же как электрические и магнитные поля реагируют на заряд и ток. Они также взаимодействуют друг с другом и с полями Стандартной модели, что позволяет воссоздать общую теорию относительности на классическом уровне.
Зачем нам новая модель?
Ключевое преимущество нового подхода заключается в том, что он позволяет последовательно включать квантовые эффекты и избегает математических проблем, которые возникают при попытках квантовать общую теорию относительности с помощью стандартных методов. По словам авторов, их структура создает четко определенную квантовую теорию.
Важным отличием этой новой модели от многих других теорий квантовой гравитации, таких как теория струн, является ее простота. Она не требует дополнительных измерений, которые еще не имеют прямого экспериментального подтверждения. Также теория не требует введения каких-либо свободных параметров, кроме уже известных физических констант.
Это означает, что теорию можно проверить без необходимости ожидания открытия новых частиц или пересмотра существующих физических законов. Любые будущие эксперименты по квантовой гравитации могут быть непосредственно использованы для проверки предсказаний этой теории.
"Проблемы" новой теории гравитации
Хотя эта теория выглядит многообещающей, она все еще находится на ранних стадиях. Полное доказательство ее согласованности еще не разработано. Теория еще не применялась к таким глубоким вопросам, как природа сингулярностей черных дыр или физика Большого взрыва.
Соавтор Микко Партанен отметил, что хотя теория пока что не способна решать эти большие проблемы, она имеет потенциал сделать это в будущем.
Экспериментальная проверка может быть сложной, поскольку гравитация является самой слабой из известных сил, и ее квантовые аспекты чрезвычайно тонкие. Прямые тесты эффектов квантовой гравитации находятся за пределами досягаемости современных приборов.
Микко Партанен отметил, что, учитывая текущий темп теоретических и обсервационных достижений, может потребоваться несколько десятилетий, чтобы осуществить первые экспериментальные прорывы, которые дадут прямые доказательства эффектов квантовой гравитации. Однако косвенные доказательства через передовые наблюдения можно получить раньше.
Эта работа, опубликована в журнале Reports on Progress in Physics, открывает новый путь для исследователей в их длительном поиске объединения квантовой физики с теорией гравитации. Она предлагает направление, остающееся в рамках успешных структур физики частиц, потенциально раскрывая некоторые из самых глубоких тайн Вселенной.
Кстати, ранее Британский физик предполагает, что гравитация может быть доказательством того, что мы живем в компьютерной симуляции. Она может работать, как механизм оптимизации, подобно сжатию данных в компьютерах.