|
Преодоление разрыва между квантовой механикой и ОТО
|
|
|
|
Когда Альберт Эйнштейн попытался объединить ньютоновскую теорию тяготения со специальной теорией относительности, он разработал Общую теорию относительности, в которой гравитация проявляется как искривление пространства-времени.
|
|
|
|
Это было замечательное теоретическое достижение, которое, к сожалению, помогло создать иллюзию того, что только чистое мышление может решить следующую грандиозную задачу - объединить общую теорию относительности с квантовой механикой.
|
|
|
|
Реальность, однако, иная. Специалисты по теории струн до сих пор не могут объяснить особенности Большого взрыва или черных дыр. Ограниченность человеческой изобретательности не является беспрецедентной. Квантовая механика была открыта экспериментально сто лет назад. Теоретически это не ожидалось, и даже сегодня это не до конца понято на фундаментальном уровне. То же самое может относиться и к квантовой гравитации. Поэтому важно использовать экспериментальный подход, который приведет нас к созданию уникальной теории квантовой гравитации. Существуют ли какие-либо подходящие условия для этого?
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая стандартную модель физики элементарных частиц, мы ожидаем, что эффекты квантовой гравитации будут заметно проявляться при планковской энергии, которая на 19 порядков превышает энергию массы покоя протона. К сожалению, даже космические лучи с самой высокой энергией коротки в сто миллионов раз по сравнению с планковской энергией. Сингулярности черных дыр должны быть заменены чем–то другим в квантовой гравитации, но приближение к этому представляет собой экзистенциальный риск, поскольку огромная гравитационная волна разорвет на части любого потенциального экспериментатора.
|
|
|
|
К счастью, есть более благоприятные условия. Например, понимание квантовой гравитации может быть связано с природой темной энергии, которая запускает ускоренное космическое расширение. Эта плотность энергии вакуума доминирует в текущем балансе космической массы, хотя она на 123 порядка меньше планковской плотности энергии. Мы можем попытаться понять его природу, возмутив космический вакуум в лаборатории или измерив его эволюцию за космическое время, как это в настоящее время делает DESI.
|
|
|
|
Другой подход заключается в обнаружении космического гравитонного фона при температуре ниже абсолютного нуля на один градус Кельвина. Этот гравитонный фон представляет собой аналог космического микроволнового фона. В то время как тепловой фотонный фон появился через 400 000 лет после Большого взрыва, гравитоны были термализованы во времена Планка и впоследствии свободно распространялись. Как я утверждал в статье, опубликованной в 2022 году совместно с Санни Вагноцци, обнаружение этого фона жестко ограничило бы теории квантовой гравитации и исключило бы космическую инфляцию.
|
|
|
|
В принципе, модифицированная гравитация при низких ускорениях, такая как MOND, также может иметь свои корни в квантовой гравитации. В таком случае темная материя на самом деле не существует. Вместо этого, она представляет собой неверную интерпретацию несоответствия между Общей теорией относительности и данными о динамике при низких ускорениях.
|
|
|
|
Наконец, если в ранней Вселенной образовались мини-черные дыры с массой, равной массе астероидов, и одна из них обнаружена в Солнечной системе, то экспериментальное изучение ее испарения по Хокингу или взаимодействия с падающей материей могло бы выявить эффекты квантовой гравитации, как я обсуждал в новой статье.
|
|
|
|
В продолжение этой дискуссии, в конце недавнего интервью для подкаста блестящий студент-старшекурсник Оем Триведи, с которым я имел честь работать в соавторстве над научной статьей, спросил: “Что, по вашему мнению, станет самым захватывающим рубежом в космологии через столетие?”
|
|
|
|
В ответ на это я ответил: “Экспериментальные исследования квантовой гравитации”. Я пояснил Oem, что это всего лишь несколько примеров экспериментальных путей исследования квантовой гравитации. В ближайшие десятилетия могут открыться другие неожиданные пути с новыми аномалиями.
|
|
|
|
Рассмотрим, например, гравитационно-волновую астрофизику. Пока что обнаруженные сигналы не выявили ничего нового в физике. Однако будущие исследования гравитационно-волновых обсерваторий, таких как LIGO-Virgo-KAGRA или LISA, могут выявить неожиданные источники, сформированные квантовой гравитацией. Одним из таких источников может быть белая дыра, обратная по времени черная дыра, в которой энергия вытекает из окрестности общей релятивистской сингулярности. Другим может быть червоточина – пространственно-временной мост, который обеспечивает кратчайший путь между сильно разделенными областями пространства. Другие признаки квантовой гравитации могут включать в себя путешествия со сверхсветовой скоростью или машину времени, которая доставляет информацию из нашего будущего и нарушает “гипотезу о защите хронологии” Стивена Хокинга.
|
|
|
|
В целом, обнаружение гравитонов планковского периода космической истории или наблюдение за белой дырой равносильно тому, чтобы смотреть прямо в глаза системе квантовой гравитации.
|
|
|
|
Знакомство с технологическими продуктами высокоразвитой инопланетной цивилизации может стать кратчайшим путем к получению новых знаний о квантовой гравитации. В этом случае производители, возможно, воспользовались знаниями, накопленными за миллионы лет их истории науки и техники. Это могло бы позволить им, например, использовать квантовую гравитацию для приведения в движение космических аппаратов. Обратное проектирование их устройств могло бы сэкономить нам время на самостоятельную разработку наших идей.
|
|
|
|
Благодаря знаниям в области квантовой гравитации, полученным от более умных ученых из нашего космического блока, мы, возможно, сможем выяснить, что происходило до Большого взрыва. Это может дать рецепт создания зарождающейся вселенной в лабораторных условиях. Имея это в виду, мы бы объединили квантовую механику, гравитацию, науку и не только это, но, возможно, даже религию.
|
|
|
|
Источник
|
