Как да съгласуваме двата конфликтни стълба на съвременната физика: квантовата теория и гравитацията? Дълго време учените вярвали, че рано или късно науката ще признае тази или онази теория като доминираща, но реалността, както винаги, се оказа много по-интересна. Нови изследвания предполагат, че гравитацията може да възникне от случайни колебания на квантово ниво.
Сред двете основни теории, които обясняват реалността около нас, квантовата теория апелира към взаимодействията между най-малките частици на материята, докато общата относителност се отнася до гравитацията и най-големите структури в цялата Вселена. От дните на Айнщайн физиците се опитват да преодолеят пропастта между тези учения, но с променлив успех.
Един от начините за съчетаване на гравитацията с квантовата механика беше да се покаже, че гравитацията се основава на неделими частици на материята, кванти. Този принцип може да се сравни с това как самите квантове на светлината, фотоните, представляват електромагнитна вълна. Досега учените не разполагат с достатъчно данни, които да подкрепят това предположение, но Антоан Тилой (Antoine Tilloy) от Института по квантова оптика. Макс Планк в Garching, Германия, се опита да опише гравитацията с принципите на квантовата механика. Но как го направи?
Квантов свят
В квантовата теория състоянието на една частица се описва от нейната вълнова функция. Например, той ви позволява да изчислите вероятността да намерите частица в една или друга точка в пространството. Преди самото измерване не е ясно не само къде е частицата, но и дали съществува. Самият факт на измерване буквално създава реалността, като "унищожава" вълновата функция. Но квантовата механика рядко се занимава с измерване, поради което е една от най-противоречивите области на физиката. Спомнете си парадокса на Шрьодингер: не можете да го разрешите, докато не направите измерване, като отворите кутия и разберете дали котката е жива или не.
Едно от решенията на тези парадокси е така нареченият модел GRW, който е разработен в края на 80-те години. Тази теория включва такова явление като "пламъци" - спонтанни сривове на вълновата функция на квантовите системи. Резултатът от прилагането му е абсолютно същият, както ако измерванията са извършени без наблюдатели като такива. Tilloy го модифицира, за да покаже как може да се използва за достигане на теория за гравитацията. В своята версия светкавица, която унищожава вълновата функция и принуждава частицата по този начин да бъде на едно място, също създава гравитационно поле в този момент в пространство-време. Колкото по-голяма е квантовата система, толкова повече частици съдържа и по-често се появяват пламъци, като по този начин се създава колебателно гравитационно поле.
Най-интересното е, че средната стойност на тези колебания е самото гравитационно поле, което теорията за гравитацията на Нютон описва. Този подход за обединяване на гравитацията с квантовата механика се нарича квазикласически: гравитацията възниква от квантовите процеси, но остава класическа сила. "Няма реална причина да се игнорира квазикласическият подход, при който гравитацията е основна на фундаментално ниво", казва Тилоу.
Промоционално видео:
Явлението гравитация
Клаус Хорнбергер от университета в Дуйсбург-Есен в Германия, който не участва в разработването на теорията, се отнася към нея с голяма симпатия. Ученият обаче изтъква, че преди тази концепция да формира основата на единна теория, която обединява и обяснява същността на всички основни аспекти на света около нас, ще е необходимо да се решат редица проблеми. Например, моделът на Тилой определено може да се използва за получаване на нютонова гравитация, но съответствието му с гравитационната теория все още трябва да бъде проверено с помощта на математика.
Самият учен обаче е съгласен, че неговата теория се нуждае от доказателствена база. Например той прогнозира, че гравитацията ще се държи различно в зависимост от мащаба на въпросните обекти: за атомите и за свръхмасивните черни дупки правилата могат да бъдат много различни. Ако тестовете разкрият, че моделът на Тилрой наистина отразява реалността и гравитацията наистина е следствие от квантовите колебания, тогава това ще позволи на физиците да проумеят реалността около нас на качествено различно ниво.
Василий Макаров