Попытки примирить квантовую теорию и гравитацию терпели неудачу на протяжении многих десятилетий. Новая версия этой ассоциации выглядит несколько лучше предыдущих, но делает предсказания, которые не так-то легко принять: она лишает определенности массу любого объекта во Вселенной.
Художественная версия рисунка из первой статьи авторов новой гипотезы. На ней крайне схематично изображен эксперимент, в котором тяжелые частицы (в ее роли — Луна) вызывают интерференционную картину (квантовый эффект), одновременно искривляя пространство
За последние несколько десятилетий многие физики пытались создать теорию, объединяющую квантовую механику, описывающую поведение атомов и субатомных частиц, и гравитацию, описывающую поведение гораздо более крупных объектов. Считается, что такое объединение способно решить ряд проблем как теории гравитации (таких как особенности в момент Большого взрыва или космологическая постоянная), так и квантовой теории.Но все попытки объединить их на практике приводили к странностям. Например, когда из квантовой механики попытались вывести космологическую постоянную, оказалось, что она имеет значение, отличающееся от наблюдаемого астрономами на 120 порядков – «худшее предсказание в истории науки», как выразились сами физики назови это.
Ряд исследователей отмечают, что сама идея объединения этих теорий базируется на шатком фундаменте. Во-первых, во многих версиях физических теорий сингулярностей нет — ни в момент Большого взрыва, ни в центре черных дыр. Во-вторых, квантовая механика описывает события, которые разворачиваются во времени, тогда как общая теория относительности (описывающая гравитацию) имеет дело со временем, уже «встроенным» в пространство. Неясно, возможно ли в принципе объединить теории, в которых одно время является «внешним», а другое «встроенным». Попытки создать единую теорию всего не прекращаются до сих пор.
Следующее провели физики из Университетского колледжа Лондона (Великобритания), опубликовавшие две новые статьи в журналах Physical Review X и Nature Communications. Их гипотеза радикально отличается от предшественников: предполагается, что пространство-время не квантовано, классически, как в общей теории относительности, то есть квантовая теория на него вообще не влияет. Это означает, что такая гипотеза позволяет избежать основных проблем своих предшественников — попыток «квантовать» пространство-время всегда приводили к абсурдным предсказаниям о Вселенной в целом. Поскольку квантовая механика не влияет на пространство-время, она не делает о нем предсказаний и, следовательно, не допускает в них ошибок.
Вместо «модификации» физики пространства-времени авторы новой гипотезы предложили модифицировать квантовую механику. Ученые назвали это постквантовой теорией классической гравитации.
Обратите внимание: На квантовом уровне объекты могут иметь две температуры одновременно.
Это предполагает, что кривизна пространства-времени может быть подвержена сильной неопределенности, что-то похожее на принцип неопределенности Гейзенберга.Ученые постулируют, что при попытке точно измерить массу материальных макроскопических объектов (она отражает искривление пространства-времени) любой измеритель будет иметь огромные погрешности. Речь идет о гораздо более точных измерениях, чем те, которые используются сегодня для определения, например, массы эталона килограмма.
Исследователи во второй статье показали, что аналогичные измерения, проведенные в разное время, дадут совершенно разные результаты. По сути, новая гипотеза утверждает, что любой объект не имеет постоянной массы, а наши представления о ее существовании являются лишь результатом недостаточной точности измерений.
Поскольку такая «постквантовая неопределенность» массы тела требует огромной точности для обнаружения, новая гипотеза не влияет на космологию и астрофизику. Точности измерения массы тел на необходимом уровне просто нет, поэтому неопределенности не возникает. Однако такие измерения возможны и для килограммового эталона, хотя и потребуют создания особо точных лабораторных «весов».
Во второй статье исследователи предложили аналогичный эксперимент и показали, что инструменты измерения (до создания необходимой экспериментальной установки) еще недостаточно точны, чтобы подтвердить или опровергнуть новую гипотезу.
Тем не менее, технически доступные усовершенствования позволяют организовать такую экспериментальную проверку в обозримом будущем.
Ведущий автор новой гипотезы, профессор Джонатан Оппенгейм, решил поспорить (с довольно рискованным коэффициентом 5000 к 1), что эксперимент такого рода подтвердит его идею. Соответствующее усилие описано здесь, и оно было принято двумя сторонниками других концепций квантовой гравитации – Карло Ровелли и Джеффом Пенингтоном. Первый — сторонник петлевой квантовой гравитации, второй — специалист по струнам.
Условия пари петлителей и стрингеров с автором новой гипотезы весьма необычны даже для научного сообщества: оппоненты Оппенгейма настолько уверены в его проигрыше, что приняли ставку 5000 к одному. Это означает, что в случае проигрыша он оба платит не более 0
Сила новой гипотезы заключается в том, что, в отличие от гипотезы струн, она поддается проверке. Современные версии теории струн, еще одного варианта объединения квантовой механики и гравитации, по сути непроверяемы ни экспериментально, ни наблюдательно (точнее, необходимые средства проверки не могут быть созданы в обозримом будущем). Действительно, то же самое верно и для многих современных гипотез о петлевой квантовой гравитации. А непроверяемые теории мало что прибавляют к научному знанию: даже если они истинны, если из этого нет наблюдаемых физических результатов, с их помощью ничего нельзя предсказать. Правда, экспериментальная проверка гипотезы Оппенгейма может занять многие годы, поскольку необходимые для нее измерения хотя и возможны, но технически весьма сложны.
Еще одним преимуществом гипотезы является то, что она решает проблему «потери информации» в черной дыре. В ее рамках информация вполне может быть уничтожена из-за случайных флуктуаций, распространяющихся не только на квантово-механические процессы, но и на макроскопические объекты.
НаукаГипотеза научной физики Длинный пост 3Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Новая теория квантовой гравитации утверждает, что ни один объект не имеет точно определенной массы.