Ученые десятилетиями искали частицу, которая переносит силу гравитации — так называемый гравитон. Однако новая теоретическая модель предлагает радикально иной подход: возможно, гравитация вовсе не связана с частицами. Вместо этого она может быть результатом квантовых свойств самого пространства. Это смелое предположение не только меняет наши представления о фундаментальных законах природы, но и открывает новые возможности для проверки этой идеи в экспериментах.
Содержание
Гравитация: исключение из правил?
Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, все фундаментальные силы природы — электромагнитная, слабая и сильная — переносятся частицами. Например, электромагнитное взаимодействие осуществляется через фотоны. Однако гравитация, описываемая общей теорией относительности Эйнштейна, остается загадкой. Она рассматривается как искривление пространства-времени под воздействием массы и энергии, а не как сила, переносимая частицей.
Многие ученые предполагали, что гравитация тоже должна иметь свою частицу — гипотетический гравитон. Однако попытки описать гравитацию в рамках квантовой механики сталкиваются с серьезными математическими трудностями. Новая модель предлагает отказаться от этой идеи и рассматривать гравитацию как эмерджентное явление, возникающее из квантовой природы пространства.
Что если гравитация не частица?
Мантос Каридас из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL) объясняет, что гравитация может возникать не из частиц, а из самой структуры пространства-времени. Согласно модели, пространство-время на самом маленьком масштабе — на уровне так называемой *квантовой пены* — имеет дискретную, зернистую структуру. Эти микроскопические квантовые колебания могут накапливаться и проявляться на макроскопическом уровне как гравитация. Например:
- Нелокальность и запутанность: Квантовая запутанность между различными областями пространства может создавать эффекты, которые мы воспринимаем как гравитацию.
- Некоммутативность пространства: Если координаты пространства-времени подчиняются квантовым законам (например, не коммутируют, как в квантовой механике), это может приводить к появлению гравитационных эффектов.
Эта модель не требует существования гравитона и предлагает новый способ объединения общей теории относительности и квантовой механики.
Эта идея не нова — ученые уже давно рассматривали возможность того, что гравитация является эмерджентным явлением, то есть возникает из более фундаментальных процессов. Однако новая математическая модель предлагает конкретный путь для понимания этой концепции и проверки ее экспериментально.
Как проверить новую теорию?
Одним из ключевых преимуществ новой модели является ее потенциальная проверяемость. Ученые предлагают несколько экспериментальных подходов:
- Лабораторные эксперименты: Использование сверхчувствительных приборов, таких как сверхпроводники или квантовые интерферометры, для обнаружения крошечных флуктуаций пространства-времени.
- Квантовые системы: Исследования в области квантовой механики, таких как конденсаты Бозе-Эйнштейна или сверхпроводники, могут выявить следы квантового поведения пространства-времени.
- Космологические данные: Наблюдения за ранней Вселенной или черными дырами также могут содержать ключи к разгадке. Если гравитация действительно эмерджентна, то её эффекты могут проявляться в особенностях, которые современные телескопы и детекторы гравитационных волн способны заметить.
Гравитация всегда выделялась среди других сил. Она действует на все объекты, имеющие массу или энергию, и описывается через геометрию пространства-времени, а не через обмен частицами. Кроме того, она чрезвычайно слаба по сравнению с другими силами, что делает ее квантовые эффекты почти незаметными.
Будущее физики гравитации
Если эта теория подтвердится, она станет революционным шагом в физике. Во-первых, она поставит под сомнение существующий стандартный подход к фундаментальным взаимодействиям, который основан на идее частиц-переносчиков. Во-вторых, она предложит новый путь к объединению квантовой механики и общей теории относительности Эйнштейна — двух величайших теорий физики, которые до сих пор отказываются мириться друг с другом.
Кроме того, эта модель говорит о том, что само пространство-время — не просто пассивный фон, на котором происходят физические явления, а активный участник, имеющий собственные квантовые свойства.
Новая теория вызывает множество вопросов. Как она согласуется с наблюдаемыми гравитационными волнами? Можем ли мы действительно наблюдать квантовые эффекты пространства-времени в лаборатории? Ответы на эти вопросы потребуют не только новых экспериментов, но и дальнейшего развития математического аппарата.
Пока что эта работа остаётся теоретической, но она уже вдохновляет ученых на создание новых экспериментальных установок и методов исследования. Возможно, именно благодаря таким моделям мы придем к окончательному пониманию одной из самых загадочных сил природы — гравитации.
Так что, если однажды вам скажут, что гравитация — это не частица, а “побочный эффект” квантового пространства, не удивляйтесь. Физика полна сюрпризов, и этот может оказаться одним из самых значительных.
Читайте также: Тайна гравитонов: почему мы их ищем, если гравитация — это не сила?
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.