Радикальная «постквантовая» теория, которая стремится решить то, что не смог Эйнштейн

Новости Аргентины 21.12.2024 10:10

*"В физике появилась новая мода, - сетовал Альберт Эйнштейн в начале 1930-х годов, - не что иное, как квантовая физика или квантовая механика. Само ее существование ставит под угрозу теорию общей относительности, величайшее творение Эйнштейна, опубликованное в 1915 г. Если все это правда, то это означает конец физики», - так говорил знаменитый ученый. Все дело в том, что квантовая физика и общая теория относительности несовместимы: «Прошло почти 100 лет, и ни одна из теорий не отменила другую. На самом деле обе они являются столпами всех достижений современной физики». „Квантовая физика снова и снова доказывает, что она лучше всего объясняет поведение мельчайших частиц во Вселенной, таких как электроны, глюоны и кварки, из которых состоят атомы“. „Общая относительность, которая является современной теорией гравитации, оказалась лучшим описанием всего, что происходит в больших масштабах, от работы Солнечной системы и черных дыр до происхождения Вселенной“. »И все же эти две теории остаются противоречащими друг другу. То есть правила общей теории относительности прекрасно работают на уровне галактик, а также всего, что нас окружает и видно: дерева, кошки, жемчужины. Но как только мы увеличиваем масштаб и анализируем поведение чего-то столь малого, как атом, все меняется: «Исследователи даже не могут использовать одну и ту же математику для объяснения одной теории и другой. Это очень сложная математическая задача, - говорит Оппенгейм в интервью BBC World, - но она еще и концептуально сложная, потому что эти две теории имеют такие фундаментальные различия, что их очень трудно примирить». Он объясняет: «Почти все попытки предполагали, что мы должны „квантовать“ гравитацию. Поэтому он и его команда решили сместить фокус и «немного или много изменить квантовую теорию, чтобы эти две системы могли сочетаться». «В их теории, опубликованной в декабре 2023 года в журналах Nature Communications и Physical Review X, общая относительность остается неквантовой или классической теорией». „Физик Сабина Хоссенфельдер из Мюнхенского центра математической философии, которая не участвует в исследовании UCL, сказала BBC Mundo: “Это очень крутая идея. Она входила в состав комитета, рассматривавшего теорию шесть лет назад, и, хотя нашла ее интересной, сказала, что она была «очень спекулятивной, незрелой и расплывчатой». В ней было так много неувязок, что казалось, она может полностью провалиться, поэтому я была очень впечатлена, когда увидела то, что появилось несколько лет спустя, потому что в ней были решены почти все эти вопросы», - говорит Хоссенфельдер, уточняя с улыбкой: „Впрочем, мне всегда есть на что пожаловаться“. «Прежде чем перейти к теории Оппенгейма, важно понять основную концепцию общей теории относительности и одну из особенностей квантовой физики, которая больше всего беспокоила Эйнштейна. Эйнштейн совершил революцию в науке в 1915 году, определив гравитацию, как искривление пространства-времени. Проще всего представить себе батут, на который кладут тяжелый шар, например бильярдный шар. Теперь мы бросаем более легкий шар, например, мраморный, и пытаемся заставить его вращаться вокруг края батута. Согласно общей теории относительности, это происходит не потому, что бильярдный шар оказывает на него невидимую притягательную силу, а потому, что форма ткани - или, скорее, ее деформация - заставляет ее делать это искривление. В теории Эйнштейна пространство-время делает то же самое в четырехмерном виде, так что, например, Земля вращается вокруг Солнца». Оппенгейм объясняет, что в постквантовой теории классической гравитации „пространство-время остается тканью, в которой живут квантовые частицы, так же, как это задумал Эйнштейн“. «Эйнштейн считал, что в этой «моде» квантовой физики не хватает информации, но десятилетия исследований показали, что случайность обусловлена не ошибкой в теории или недостатками измерений, а неотъемлемой особенностью поведения элементарных частиц. «Оппенгейм и его команда объединили квантовую физику и общую относительность, сделав пространство-время также случайным по своей природе. Мы по-прежнему имеем эту случайность в квантовой теории, но она опосредована самим пространством-временем», - объясняет физик. То есть сама ткань становится случайным образом флуктуирующей. «Это „неприемлемо“ для многих его коллег. Случайная структура пространства-времени - это то, что в некотором смысле является броском костей в квантовой теории, - говорит Оппенгейм, перефразируя Эйнштейна. Каждый раз, когда вы предлагаете теорию, вы должны провести ряд проверок, чтобы убедиться, что она согласуется с наблюдениями». В этой теории есть предсказания, которые можно проверить экспериментально», - объясняет Оппенгейм. „Поскольку согласно этой теории пространство-время должно иметь флуктуации, мы можем заняться их поиском“, - добавляет он. „Для этого исследователи предлагают с предельной точностью измерить вес какой-либо массы и посмотреть, является ли он постоянным или имеет определенные флуктуации“. »Например, Международное бюро мер и весов во Франции регулярно взвешивает объект весом ровно один килограмм, который был использован для создания мирового стандарта килограмма. «При использовании новых технологий квантовых измерений, согласно постквантовой теории классической гравитации, видимый вес такого объекта перестанет быть одним килограммом и станет непредсказуемым». „Если вы найдете флуктуации, то докажете, что теория верна, а если не найдете, то сможете ее опровергнуть“, - говорит Оппенгейм, добавляя, что „это особенно интересно“. «Но это еще не все. «Оппенгейм говорит, что новая теория может дать ответ на еще одну из величайших неизвестных современной физики: что такое темная материя и темная энергия. „Чтобы понять их важность, сначала нужно знать, чем они не являются. “Все видимые планеты, звезды и космические объекты состоят из так называемой обычной материи. Считается, что вместе они составляют 5 % Вселенной. Если флуктуации достаточно сильны, - объясняет Оппенгейм, - они будут очень сильными кандидатами на то, что мы считаем темной материей и темной энергией. Они объясняют 95% эволюции Вселенной, так что могут оказать большое влияние». Хоссенфельдер, в свою очередь, отмечает, что команда UCL разработала совершенно новую математическую основу для этой теории, и говорит, что само ее существование может быть полезным для других целей. »Короче говоря, история науки полна неожиданных применений. Эйнштейн сам зажег искру квантовой физики, от которой он открещивался до конца своей жизни». „Если бы нашлось что-то, что подтвердило бы истинность этих предсказаний, это было бы очень интересно и наверняка привлекло бы многих людей к их более пристальному рассмотрению, - говорит Хоссенфельдер, - но теории всего год, и опрокинуть десятилетия научного консенсуса, во главе которого стоял Эйнштейн, будет нелегко“. «Хоссенфельдер - скептик, что, по ее мнению, ставит ее в «беспроигрышное» положение, как говорят по-английски: выиграть, если она права, и выиграть, если она не права, потому что это будет означать, что она и все мы являемся свидетелями рождения научной революции» *Передано Максом Зайцем. Телеграм-канал "Новости Аргентины"