Дослідники з Університету Аалто в Фінляндії, Мікко Партанен і Юкка Тулккі, запропонували нову квантову теорію гравітації, що вперше робить її сумісною зі Стандартною моделлю фізики частинок. Теорія базується на чотирьох компактних симетріях і використовує математичний підхід, схожий до опису електромагнітної чи сильної взаємодії. Робота опублікована в журналі Reports on Progress in Physics, передає КРВ.медіа.
Що таке Стандартна модель і чому вона не включає гравітацію
Стандартна модель — це найуспішніша наукова теорія, яка пояснює три з чотирьох відомих сил природи: електромагнітну, слабку ядерну та сильну ядерну взаємодії. Всі вони описуються в межах квантової теорії поля — математичної системи, що оперує поняттям так званих «гейджових» (або калібрувальних) симетрій.
Гравітація, згідно з загальною теорією відносності Ейнштейна, описується інакше — як викривлення простору-часу. Проблема в тому, що ці підходи несумісні: квантова теорія оперує компактними симетріями внутрішніх властивостей частинок, тоді як гравітація базується на некомпактних симетріях самого простору-часу.
Об’єднати ці два світи в одну формулу намагалися десятиліттями, але безрезультатно — аж до роботи фінських учених.
Як працює нова теорія гравітації
Мікко Партанен і Юкка Тулккі побудували нову теорію, яка розглядає гравітацію як калібрувальну силу — так само як і електромагнетизм. Замість опису гравітації як викривлення простору, вона тут виникає як наслідок взаємодії частинок з гравітаційним полем, аналогічно до того, як заряджені частинки взаємодіють через електромагнітне поле.
Це реалізовано через чотири одномірні унітарні симетрії, що забезпечують узгодженість моделі з підходами Стандартної моделі.
«Коли у частинки є енергія, вона взаємодіє з іншими частинками через гравітаційне поле — так само як електрично заряджені частинки через електромагнітне», — пояснює доктор Тулккі.
Такий підхід дозволяє використовувати добре перевірені квантові методи і водночас уникати конфлікту з класичними гравітаційними рівняннями Ейнштейна.
Чому це важливо
Наявність єдиної теорії, що об’єднує всі сили природи, — це одна з найбільших мрій фізики. Її називають «Теорією всього». Вона дасть відповідь на питання, на які сьогодні немає чіткої відповіді:
-
Що відбувалося в перші мікросекунди після Великого вибуху?
-
Чому у Всесвіті більше матерії, ніж антиматерії?
-
Що відбувається всередині чорних дір?
Ці питання не мають вирішення в межах лише квантової фізики чи загальної теорії відносності. Потрібна теорія, яка працює і в світі надмалого, і в надвеликих масштабах. І саме до такої теорії, вважають автори, наблизила їхня робота.
До того ж, як зазначає доктор Партанен, подібні прориви згодом впливають і на повсякденне життя. Наприклад, GPS не був би можливим без розуміння загальної теорії відносності.
Наступні етапи дослідження
Попри оптимізм, дослідники визнають, що поки що їхня теорія доведена лише на рівні так званих «термів першого порядку». Щоб вона стала повноцінною фізичною теорією, потрібно довести, що обчислення залишаються скінченними й стабільними на всіх рівнях.
Для цього використовується перенормування — метод боротьби з нескінченними результатами в розрахунках. Поки що він працює, але повної впевненості ще немає.
«Ми ще не завершили доказ. Але вважаємо, що це реально. Потрібен час і детальна математична робота», — наголошує Партанен.
Які були попередні спроби створити квантову гравітацію
До теорії Партанена і Тулккі існували інші підходи. Найвідоміші серед них:
-
Теорія струн, яка передбачає, що частинки — це не точки, а вібруючі нитки.
-
Петльова квантова гравітація, де простір-час має дискретну структуру.
Однак жодна з них не є повністю сумісною зі Стандартною моделлю. Саме це робить фінську розробку унікальною: вона намагається вписати гравітацію безпосередньо у знайомі механізми, з якими фізики вже вміють працювати.
Раніше ми писали, що вченими була здійснена квантова телепортація на 30 км через інтернет
