На протяжении более столетия самой сложной задачей теоретической физики была разработка единой теории, которая объединила бы гравитацию с тремя другими фундаментальными силами Вселенной: сильными и слабыми ядерными взаимодействиями и электромагнетизмом. Физики пытались, но не смогли объединить два, казалось бы, несовместимых столпа современной науки: общую теорию относительности Альберта Эйнштейна и квантовую теорию поля.
Новое открытие исследователей из Университета Аалто в Финляндии может стать поворотным моментом в этом исследовании. В недавно опубликованном В журнале Reports on Progress in Physics ученые Микко Партанен и Юкка Тулкки предлагают новую теорию квантовой гравитации, сформулированную таким образом, что она совместима со Стандартной моделью физики элементарных частиц. Это предложение открывает путь к более полному пониманию происхождения Вселенной и экстремальных явлений, таких как черные дыры.
По словам Партанена, ведущего автора исследования, всего за несколько лет основы этой теории позволят нам разгадать самые важные вопросы, которые до сих пор беспокоили даже самые яркие умы современной физики.
Обратите внимание: Японцы хотят уничтожать космический мусор с помощью плазменной пушки.
Если эта теоретическая основа сможет стать полной квантовой теорией поля гравитации, она сможет дать ответы на сложные загадки, такие как природа сингулярностей черных дыр или условия в первые моменты после Большого взрыва.Такую теорию, которая претендует на последовательное описание всех фундаментальных сил природы, часто называют теорией всего, хотя Партанен предпочитает избегать использования этого термина.
Новый способ понимания гравитации
Главным достижением финских исследователей стало то, что они предложили теорию, описывающую гравитацию как калибровочную теорию, в которой частицы взаимодействуют посредством полей, подобных тем, которые описывают три другие фундаментальные силы. Как объясняет Юкка Тулкки, наиболее известным калибровочным полем является электромагнитное поле, которое обеспечивает взаимодействие между заряженными частицами. Аналогично, если мы рассматриваем частицы, обладающие энергией, то взаимодействия, обусловленные этой энергией, должны происходить через гравитационное поле.
Вместо симметрий пространства-времени, принятых общей теорией относительности, новая теория принимает симметрию, которая ближе к симметриям Стандартной модели, поскольку она позволяет включить гравитацию в непротиворечивую квантовую концептуальную структуру и преодолевает разрыв между двумя несовместимыми, но правильными концепциями Вселенной: идеей квантовой физики о мире бесконечно малых частиц и вероятностных явлений и идеей общей теории относительности, описывающей движение макроскопических объектов в присутствии гравитации.
Обе концепции были проверены в многочисленных экспериментах с поразительной точностью, но остаются несовместимыми с точки зрения математической и концептуальной структуры.
Поскольку гравитационное взаимодействие намного слабее других сил, обнаружение квантовых эффектов в гравитации требует экстремальных энергетических условий и точности. Именно в таких сценариях — например, вблизи черной дыры или на ранних стадиях развития Вселенной — теория квантовой гравитации становится незаменимой.
Партанен и Турки, которые давно интересуются важными вопросами физики, разработали новый подход, основанный на симметрии, который может открыть новую эру научного понимания, подобно тому, как общая теория относительности заложила основу для технологических приложений, таких как система глобального позиционирования (GPS), которая теперь повсеместно используется в наших мобильных телефонах.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.