Финские ученые из авторитетного Университета Аалто сделали важный шаг в одной из самых фундаментальных и нерешенных проблем современной физики — объединении гравитации с другими тремя известными фундаментальными силами природы: электромагнетизмом, сильным и слабым ядерными взаимодействиями. Их исследование предлагает совершенно новый взгляд на природу гравитации и может стать долгожданным ключом к созданию всеобъемлющей единой физической теории — так называемой «теории всего» — способной описать все процессы, происходящие во Вселенной, от микроскопического мира элементарных частиц до грандиозных космических масштабов.
В поисках связующего звена
На протяжении более ста лет физики всего мира безуспешно пытались найти связующее звено между двумя краеугольными, но кажущимися совершенно несовместимыми теориями, лежащими в основе нашего понимания мироздания. Речь о квантовой механике, которая с поразительной точностью описывает поведение и взаимодействия элементарных частиц на субатомном уровне, и общей теории относительности Альберта Эйнштейна, объясняющей природу гравитации как искривление пространства-времени под воздействием массы и энергии. Последняя, кстати, также описывает крупномасштабную структуру Вселенной.
Основная сложность заключается в том, что квантовая механика и общая теория относительности имеют совершенно разные математические и концептуальные основы. Первая оперирует дискретными величинами (случайными, принимающими только определенные значения) и вероятностными описаниями, в то время как общая теория относительности представляет пространство-время как непрерывное множество и поле, описываемое совершенно иными математическими уравнениям. Попытки объединить эти две парадигмы наталкивались на серьезные математические и логические противоречия, порождая множество альтернативных, но так и не получивших всеобщего признания теорий.
Новый взгляд на гравитацию
В своем новом исследовании финская команда ученых предложила принципиально иной подход к описанию гравитации. Специалисты предложили рассматривать гравитацию не как геометрическое свойство пространства-времени, а как калибровочное поле — подобно электромагнитному полю, которое успешно описывается в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц. Это некоторые пространственные виртуальные поля, существующие в многомерном (больше трех измерений) пространстве. Естественно, в природе такие не наблюдаются, но как математический аппарат для описания взаимодействий между частицами подходят вполне.
Более того, концепция калибровочного поля является фундаментальной именно в современной физике частиц. Она описывает взаимодействие между элементарными частицами посредством обмена специальными частицами-переносчиками сил. Например, в случае электромагнитного поля таким переносчиком взаимодействия выступает фотон — безмассовая частица, являющаяся квантом электромагнитного излучения (или, попросту говоря, частицей-переносчиком света). Предлагая рассматривать гравитацию как калибровочное поле, финские ученые предполагают существование аналогичной частицы-переносчика гравитационного взаимодействия – гравитона, хотя экспериментальное обнаружение гравитона до сих пор остается одной из сложнейших (и так и не решенных) задач физики.
Перспективы доказательства
Стоит пояснить, что пока работа финских ученых носит глубоко фундаментальный характер и не предлагает конкретных экспериментально проверяемых предсказаний. Тем не менее, ее потенциальные последствия для нашего понимания Вселенной могут быть поистине колоссальными. Как справедливо отмечают сами исследователи, даже революционная теория относительности Эйнштейна в свое время казалась чисто абстрактным математическим построением, однако сегодня она лежит в основе таких повсеместно используемых технологий, как глобальная система позиционирования (GPS), без которой сложно представить современную навигацию.
Новая теоретическая основа для описания гравитации как калибровочного поля может проложить прямой путь к решению многих фундаментальных загадок современной физики. В частности, она способна дать ключ к разгадке таинственной природы черных дыр — объектов с настолько сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может покинуть их пределы — а также способствовать созданию принципиально новых высокочувствительных квантовых гравитационных сенсоров, которые смогут регистрировать гравитационные поля с беспрецедентной точностью и собрать доказательства новой теории.
Источник:
© Русская Семерка
