Общата теория на относителността на Айнщайн, в която гравитацията се ражда извън кривината на пространство-времето, е забележителна. Той е проверен с невероятно ниво на точност, в някои случаи до петнадесет знака след десетичната запетая. Едно от най-интересните й предсказания е съществуването на гравитационни вълни: вълни в пространството-време, които се разпространяват свободно. Не толкова отдавна тези вълни бяха уловени от детекторите LIGO и VIRGO.
И все пак има много въпроси, на които все още нямаме отговори. Квантовата гравитация може да помогне за намирането им.
Знаем, че общата теория на относителността е непълна. Той работи добре, когато квантовите ефекти на пространството-времето са напълно невидими, което е почти винаги така. Но когато квантовите ефекти на космическото време станат големи, имаме нужда от по-добра теория: теория на квантовата гравитация.
Илюстрация на ранната Вселена, състояща се от квантова пяна, когато квантовите колебания са огромни и се проявяват в най-малкия мащаб
Тъй като все още не сме съставили теория за квантовата гравитация, не знаем какво са пространството и времето. Имаме няколко подходящи теории за квантовата гравитация, но нито една от тях не е широко приета. Въпреки това, въз основа на съществуващите подходи, можем да предположим какво може да се случи с пространството и времето в теорията на квантовата гравитация. Физикът Сабин Хосфендер е събрал десет изумителни примера.
1) При квантовата гравитация ще има диви колебания в пространството-времето дори при липса на материя. В квантовия свят вакуумът никога не е в покой, както и пространството и времето.
При най-малкия квантов мащаб Вселената може да бъде запълнена с малки, микроскопични черни дупки с ниски маси. Тези дупки могат да се свържат или разширят навътре по много интересен начин.
2) Квантовото пространство-време може да бъде запълнено с микроскопични черни дупки. Освен това може да съдържа червееви дупки или да се раждат детски вселени - като малки мехурчета, които се отделят от майчината вселена.
Промоционално видео:
3) И тъй като това е квантова теория, пространство-времето може да прави всичко едновременно. Той може едновременно да създаде детска вселена и да не я създава.
Тъканта на пространство-времето може изобщо да не е тъкан, а да се състои от дискретни компоненти, които само ни изглеждат като непрекъсната тъкан на големи макроскопични мащаби.
4) В повечето подходи към квантовата гравитация пространството-времето не е от основно значение, а се състои от нещо друго. Това могат да бъдат низове, контури, кубити или варианти на пространствено-времеви "атоми", които се появяват в подходите на кондензираната материя. Отделни компоненти могат да бъдат разглобявани само с използването на най-високите енергии, много по-високи от тези, налични за нас на Земята.
5) При някои подходи с кондензирана материя, пространството-времето има свойствата на твърдо или течно тяло, тоест може да бъде еластично или вискозно. Ако това е вярно, наблюдаваните последици са неизбежни. В момента физиците търсят следи от подобни ефекти в блуждаещите частици, тоест в светлината или електроните, които достигат до нас от далечното космос.
Схематична анимация на непрекъснат лъч светлина, разсеяна от призма. При някои подходи към квантовата гравитация пространството може да действа като дисперсионна среда за различни дължини на вълната на светлината
6) Пространството-време може да повлияе на това как светлината преминава през него. Може да не е напълно прозрачен или светлината от различни цветове може да се движи с различна скорост. Ако квантовото пространство-време повлияе на разпространението на светлината, това също може да се наблюдава при бъдещи експерименти.
7) Колебанията на пространство-времето могат да унищожат способността на светлината от далечни източници да създава интерференционни модели. Този ефект е търсен и никога не е открит, поне във видимия диапазон.
Светлината, преминаваща през два дебели процепа (отгоре), два тънки процепа (в центъра) или един дебел процеп (отдолу), показва смущения, показателни за нейната вълнова природа. Но при квантовата гравитация някои от очакваните свойства на интерференция може да не са възможни.
8) В области със силна кривина времето може да се превърне в космос. Това може да се случи например вътре в черни дупки или при голям взрив. В този случай пространството-времето, познато ни с три пространствени и измерения и едно времево, може да се превърне в четиримерно "евклидово" пространство.
Свързването на две различни места в пространството или времето чрез червеева дупка остава само теоретична идея, но може да бъде не само интересно, но и неизбежно в квантовата гравитация
Космическото време може да бъде свързано нелокално с малки червееви дупки, които проникват в цялата Вселена. Такива нелокални връзки трябва да съществуват във всички подходи, чиято основна структура не е геометрична, като графика или мрежа. Това се дължи на факта, че в такива случаи понятието "близост" няма да бъде фундаментално, а подразбиращо се и несъвършено, така че отдалечените региони да могат да бъдат случайно свързани.
10) Може би, за да комбинираме квантовата теория с гравитацията, трябва да актуализираме не гравитацията, а самата квантова теория. Ако е така, последиците ще бъдат мащабни. Тъй като квантовата теория е в основата на всички електронни устройства, преразглеждането й ще отвори изцяло нови възможности.
Въпреки че квантовата гравитация често се разглежда като силно теоретична идея, има много възможности за експериментална проверка. Всички ние пътуваме през пространството-времето всеки ден. Разбирането му може да промени живота ни.
Иля Хел