|
Квантовая теория гравитации приближает нас к 'Теории всего'
|
|
|
|
Наконец—то, единая теория, объединяющая гравитацию с другими фундаментальными взаимодействиями — электромагнетизмом и сильным и слабым ядерным взаимодействием - находится в пределах досягаемости. Привлечение внимания к проблеме гравитации было целью многих поколений физиков, которые пытались примирить несовместимость двух краеугольных камней современной физики: квантовой теории поля и теории гравитации Эйнштейна.
|
|
|
|
Исследователи из Университета Аалто разработали новую квантовую теорию гравитации, которая описывает гравитацию способом, совместимым со стандартной моделью физики элементарных частиц, открывая путь к лучшему пониманию того, как возникла Вселенная.
|
|
|
|
Хотя мир теоретической физики может показаться далеким от применимых технологий, полученные результаты поразительны. Современные технологии основаны на таких фундаментальных достижениях — например, GPS в вашем смартфоне работает благодаря теории гравитации Эйнштейна.
|
|
|
|
Микко Партанен (Mikko Partanen) и Юкка Тулкки (Jukka Tulkki) описывают свою новую теорию в статье, опубликованной в журнале Reports on Progress in Physics. Ведущий автор Партанен (Partanen) ожидает, что в течение нескольких лет полученные результаты позволят добиться критического понимания.
|
|
|
|
|
|
|
"Если окажется, что это приведет к созданию полной квантовой теории гравитации, то в конечном итоге это даст ответы на очень сложные проблемы понимания сингулярностей в черных дырах и Большого взрыва", - говорит он.
|
|
|
|
"Теорию, которая последовательно описывает все фундаментальные силы природы, часто называют теорией всего", - говорит Партанен, хотя сам он не любит использовать этот термин. "Некоторые фундаментальные вопросы физики до сих пор остаются без ответа. Например, существующие теории пока не объясняют, почему в наблюдаемой Вселенной больше материи, чем антиматерии".
|
|
Примирение несовместимого
|
|
|
|
Ключевым моментом было найти способ описать гравитацию в рамках подходящей калибровочной теории — своего рода теории, в которой частицы взаимодействуют друг с другом через поле.
|
|
|
|
"Наиболее известным калибровочным полем является электромагнитное поле. Когда электрически заряженные частицы взаимодействуют друг с другом, они взаимодействуют через электромагнитное поле, которое является соответствующим калибровочным полем", - объясняет Тулкки.
|
|
|
|
"Итак, когда у нас есть частицы, обладающие энергией, взаимодействия, которые они осуществляют только потому, что у них есть энергия, будут происходить через гравитационное поле".
|
|
|
|
Задача, давно стоящая перед физиками, состоит в том, чтобы найти калибровочную теорию гравитации, совместимую с калибровочными теориями трех других фундаментальных взаимодействий — электромагнитного взаимодействия, слабого ядерного взаимодействия и сильного ядерного взаимодействия. Стандартная модель физики элементарных частиц - это калибровочная теория, которая описывает эти три взаимодействия и обладает определенной симметрией.
|
|
|
|
"Основная идея состоит в том, чтобы создать гравитационную калибровочную теорию с симметрией, подобной симметриям стандартной модели, вместо того, чтобы основывать теорию на совершенно ином типе пространственно-временной симметрии общей теории относительности", - говорит Партанен, ведущий автор исследования.
|
|
|
|
Без такой теории физики не смогут примирить две наши самые мощные теории - квантовую теорию поля и общую теорию относительности. Квантовая теория описывает мир очень малых частиц, взаимодействующих вероятностным образом, в то время как общая теория относительности описывает более сложный мир знакомых объектов и их гравитационного взаимодействия.
|
|
|
|
Они описывают нашу вселенную с разных точек зрения, и обе теории были подтверждены с необычайной точностью, однако они несовместимы друг с другом. Кроме того, поскольку гравитационные взаимодействия слабы, требуется большая точность для изучения истинных эффектов квантовой гравитации, выходящих за рамки общей теории относительности, которая является классической теорией.
|
|
|
|
"Квантовая теория гравитации необходима для понимания того, какие явления происходят в тех случаях, когда существует гравитационное поле и высокие энергии", - говорит Партанен. Таковы условия вокруг черных дыр и в самой ранней Вселенной, сразу после Большого взрыва, — области, где существующие физические теории перестают работать.
|
|
|
|
Всегда интересовавшийся очень важными вопросами физики, он открыл новый подход к теории гравитации, основанный на симметрии, и начал развивать эту идею вместе с Тулкки. Полученная в результате работа обладает огромным потенциалом для открытия совершенно новой эры научного понимания, во многом так же, как понимание силы тяжести проложило путь к созданию GPS.
|
|
|
|
Открытое приглашение научному сообществу
|
|
|
|
Хотя теория многообещающая, ученые отмечают, что они еще не завершили ее доказательство. В теории используется техническая процедура, известная как перенормировка, математический способ работы с бесконечностями, которые обнаруживаются в вычислениях.
|
|
|
|
На данный момент Партанен и Тулкки показали, что это работает до определенного момента — для так называемых членов "первого порядка", - но им необходимо убедиться, что бесконечности могут быть устранены на протяжении всего расчета.
|
|
|
|
"Если перенормировка не работает для членов более высокого порядка, вы получите бесконечные результаты. Поэтому очень важно показать, что эта перенормировка продолжает работать", - объясняет Тулкки. "Нам еще предстоит провести полное доказательство, но мы считаем, что, скорее всего, у нас все получится".
|
|
|
|
Партанен согласен с этим. По его словам, впереди еще много трудностей, но он ожидает, что со временем и усилиями они будут преодолены. "Я не могу сказать, когда, но могу сказать, что через несколько лет мы узнаем об этом гораздо больше".
|
|
|
|
На данный момент они опубликовали теорию в ее нынешнем виде, чтобы остальная часть научного сообщества могла ознакомиться с ней, проверить ее результаты, помочь в дальнейшем развитии и опираться на нее.
|
|
|
|
"Как и квантовая механика и теория относительности до нее, мы надеемся, что наша теория откроет перед учеными бесчисленные возможности для исследований", - заключает Партанен.
|
|
|
|
Источник
|
