Нове дослідження пропонує революційний погляд на об’єднання загальної теорії відносності та квантової механіки через концепцію дискретного простору-часу, що потенційно розв’язує одну з найбільших загадок сучасної фізики.
Науковці десятиліттями намагаються знайти спосіб узгодження двох фундаментальних теорій фізики – загальної теорії відносності Ейнштейна та квантової механіки. Ця невідповідність зазвичай не створює проблем у повсякденному житті, оскільки теорія відносності застосовується до великих об’єктів, таких як планети і галактики, а квантова теорія – до найдрібніших частинок. Проте в екстремальних умовах, як-от чорні діри чи Великий вибух, ця неузгодженість стає критичною проблемою фізики.
Дослідження, проведене Вольфгангом Віландом з Ерлангенсько-Нюрнберзького університету, пропонує інноваційний підхід до вирішення цієї проблеми.
“Наш підхід полягає в тому, що простір і час самі по собі не є безперервними, а складаються з невеликих порцій. Якщо ця теза правильна, то гравітацію також можна описати за допомогою квантової теорії”, – пояснює Віланд.
Дискретна природа простору-часу
Ключова ідея дослідження полягає в тому, що простір-час не є неперервним, а складається з найдрібніших неподільних одиниць – подібно до пікселів на екрані. У такій моделі об’єкти не можуть переміщуватися на довільні відстані, а рухаються дискретними “стрибками” фіксованої величини. Аналогічно, час не тече безперервно, а просувається вперед крихітними дискретними кроками.
Ці квантові кроки настільки мізерно малі, що в повсякденному житті ми сприймаємо простір-час як безперервний. Згідно із загальною теорією відносності, гравітація виникає внаслідок викривлення простору-часу масивними об’єктами. Якщо ж сам простір-час має дискретну структуру, то й викривлення повинно підпорядковуватися квантованим закономірностям.
Дослідники припускають, що квантування простору-часу може встановити верхню межу для енергії, яка може бути вивільнена в будь-якому фізичному процесі. Ця максимальна потужність, відома як потужність Планка, хоч і надзвичайно велика (10*53 ват), але скінченна, що має важливі наслідки для квантової гравітації.
Енергія Планка як обмежувальний фактор
Поточні фізичні теорії допускають, що енергія теоретично може досягати нескінченно високих рівнів. Ця проблема робить деякі квантово-гравітаційні рівняння нерозв’язними. Введення концепції максимальної потужності Планка дозволяє зробити істотний крок до подолання цієї перешкоди.
“Якщо мої теоретичні міркування підтвердяться, то можна буде розкласти потужність гравітаційних хвиль на найдрібніші кванти”, – зазначає Віланд.
Це означає, що гравітаційні хвилі, подібно до світла, можуть бути квантовані, що забезпечує важливий зв’язок між гравітацією та квантовою теорією.
Такий підхід особливо цінний для розуміння екстремальних космічних явищ, таких як чорні діри, де гравітація настільки потужна, що матерія стискається до максимальної щільності. У цих умовах кванти простору-часу стають вирішальними для правильного опису фізичних процесів.
Частина триваючого наукового пошуку
Дослідження Віланда є частиною тривалих зусиль фізиків з об’єднання загальної теорії відносності та квантової механіки. З 1930-х років ці дві теорії розглядалися як абсолютно несумісні, проте в міру заглиблення досліджень у квантову фізику та вивчення макроскопічних явищ, потреба в їх узгодженні стає все більш нагальною.
Попередні дослідження використовували різні підходи, включаючи рівняння поля Ейнштейна та концепцію ентропії, щоб пояснити, як гравітацію можна описати за допомогою квантової механіки. Новизна поточного дослідження полягає у використанні потужності Планка – фундаментальної фізичної величини – для встановлення зв’язку між цими теоріями.
Хоча всі ці теоретичні моделі ще потребують експериментального підтвердження, вони наближають нас до розуміння квантової природи гравітації. Подальші дослідження мають на меті розробити методи експериментальної перевірки таких концепцій, як квантовий простір-час і квантова гравітація, що може привести до революційного прориву в фундаментальній фізиці.
#Дослідники #пояснили #гравітацію #через #квантовий #простірчас
Source link
