Попытки объединения квантовой теории и гравитации на протяжении многих десятилетий не удавались. Новый вариант такого объединения выглядит несколько лучше предшествующих, но делает предсказания, с которым не так-то просто смириться: он лишает определённости массу любого объекта во Вселенной.
Последние несколько десятилетий множество физиков пытались создать теорию, объединяющую квантовую механику — описывающую поведение атомов и субатомных частиц — и гравитацию, описывающую поведение куда более крупных объектов. Считается, что такое объединение могло бы решить ряд проблем как гравитационной теории (вроде сингулярностей в момент Большого взрыва или космологической постоянной), так и квантовой.
Однако все попытки объединить их на практике приводили к странностям. Например, когда космологическую постоянную попробовали вывести из квантовой механики, у неё получилась величина, отличающаяся от наблюдаемой астрономами на 120 порядков, — «худшее предсказание в истории науки», как его называют сами физики.
Ряд учёных указывают на то, что сама идея объединения этих теорий зиждется на зыбком основании. Во-первых, сингулярностей во многих вариантах физических теорий нет — ни в момент Большого взрыва, ни в центрах черных дыр. Во-вторых, квантовая механика описывает события, развивающиеся во времени, а Общая теория относительности (описывающая гравитацию) имеет дело со временем, уже «встроенным» в пространство. Неясно, можно ли в принципе объединить теории, в одной из которых время «внешнее», а в другой — «встроенное». Однако попытки создать единую теорию всего все равно не прекращаются.
Очередную такую предприняли физики из Университетского колледжа Лондона (Великобритания), опубликовавшие две новые работы в Physical Review X и Nature Communications. Их гипотеза радикально отличается от предшественников: предполагается, что пространство-время не квантовано, классическое, как в Общей теории относительности, то есть квантовая теория на него вообще никак не влияет. Это значит, что такая гипотеза избегает главных проблем своих предшественников — того, что попытки «квантования» пространства-времени все время вели к абсурдным предсказаниям в отношении Вселенной в целом. Раз квантовая механика не затрагивает пространство-время, то и предсказаний по нему она не делает, отчего не делает и ошибок в них.
Взамен «модифицирования» физики пространства-времени авторы новой гипотезы предложили модифицировать квантовую механику. Учёные назвали это постквантовой теорией классической гравитации. В её рамках предполагается, что кривизна пространства-времени может быть объектом сильной неопределённости, в чем-то похожей на принцип неопределённости Гейзенберга.
Исследователи постулируют, что при попытке достаточно точно измерить массу материальных макроскопических объектов (на ней отражается кривизна пространства-времени) любой измеряющий получит огромные значения неопределённости. Речь идёт о намного более точных измерениях, чем те, что используют сегодня для определения, например, массы эталона килограмма.
Учёные во второй работе показали, что подобные измерения, предпринятые в разные моменты времени, должны демонстрировать сильно различающиеся результаты. По сути, новая гипотеза утверждает, что у любого объекта нет постоянной массы, а наши представления о том, что она есть, — лишь результат недостаточной точности измерений.
Поскольку для обнаружения такой «постквантовой неопределенности» массы тела нужна огромная точность, новая гипотеза не отражается на космологии и астрофизике. Там просто нет точности измерения массы тел нужного уровня, поэтому неопределенности не возникают. Однако для эталона килограмма такие измерения возможны, хотя и потребуют создания особо точных лабораторных «весов».
Во второй работе исследователи предложили подобный эксперимент и показали, что средства измерения (до создания нужной экспериментальной установки) пока недостаточно точны, чтобы подтвердить или опровергнуть новую гипотезу.
Тем не менее технически доступные усовершенствования позволяют устроить такую экспериментальную проверку в обозримом будущем.
Ведущий автор новой гипотезы, профессор Джонатан Оппенгейм (Jonathan Oppenheim), решил заключить пари (с довольно рискованным коэффициентом 5000 к 1) на то, что эксперимент такого рода подтвердит его идею. Соответствующая ставка зафиксирована вот здесь, причём приняли пари два сторонника других концепций квантовой гравитации — Карло Ровелли (Carlo Rovelli) и Дежфф Пенингтон (Geoff Penington). Первый — сторонник петлевой квантовой гравитации, второй — струнщик.
Условия пари петлевиков и струнщиков с автором новой гипотезы довольно необычны даже для научной среды: оппоненты Оппенгейма так уверены в его проигрыше, что приняли ставку в 5000 к одному. Это значит, что если он проиграет, то заплатит им обоим не более 0,4 фунтов стерлингов в сумме. Если же выиграет он, то они заплатят ему до 1000 фунтов стерлингов. Такое научное пари редко увидишь где-то за пределами Британии / © ucl.ac.uk
Сильной стороной новой гипотезы надо назвать тот факт, что она, в отличие от струнной, проверяема. Современные варианты теории струн, другого варианта объединения квантовой механики и гравитации, по сути, не проверяемы ни экспериментально, ни наблюдениями (точнее, нужные средства проверки невозможно создать в обозримом будущем). То же самое, по сути, относится ко многим современным гипотезам петлевой квантовой гравитации. А непроверяемые теории не очень много чего добавляют к научному знанию: даже если они верны, но из этого нет никаких наблюдаемых физических результатов, то с их помощью ничего не получится предсказать. Правда, экспериментальная проверка гипотезы Оппенгейма может занять много лет, поскольку требуемые ею измерения организовать хотя и можно, но технически довольно сложно.
Другой плюс гипотезы — она решает вопрос с «пропажей информации» в чёрной дыре. В её рамках информация вполне может уничтожаться за счёт случайных флуктуаций, распространяющихся не только на квантовомеханические процессы, но и на макроскопические объекты.
По материалам: https://naked-science.ru/artic...
В.К. Вполне себе толковое предположение, поскольку гравитация выражает отношения между материальными объектами, порождая и то самое "единое пространство-время", которое действительно не квантуется, но расширяет эти отношения.
Что же касается "пропажи информации", так она действительно никуда не пропадает, а возвращается в пространство отношений в виде излучения, поэтому мы и видим чёрную дыру, при аккреции на неё вещества, по излучению.
Вот несколько более толковое в понятийном плане изложение того же материала на другом портале.
Новая теория может окончательно объединить общую относительность и квантовую механику.
Столкнувшись с исторической задачей объединения общей теории относительности и квантовой механики, физики из Калифорнийского университета разработали инновационную теорию. Если она будет подтверждена, то это не только станет основой для решения давних загадок физики, но и окажет глубокое влияние на наше понимание физических явлений, от черных дыр до элементарных частиц.
В этом увлекательном эксперименте по квантовой физике массивные частицы, символизируемые Луной, создают интерференционную картину — характерный эффект квантовой механики. Это явление сопровождается искривлением пространства-времени, которое с высокой точностью измеряют подвешенные маятники. Обычно в этом эксперименте используется углерод 60, одна из самых больших известных молекул. Однако расчёты UCL показывают, что было бы разумно также использовать атомы с более высокой плотностью, например золото.
Уже более века теоретическая физика сталкивается с серьёзной проблемой: примирить общую теорию относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию через искривление пространства-времени, и квантовую механику, которая управляет поведением частиц в атомном и субатомном масштабах. Математическая несовместимость этих двух фундаментальных основ долгое время препятствовала попыткам объединить их.
Недавно исследователи из Университетского колледжа Лондона предложили новую теорию, которая потенциально может преодолеть этот разрыв, предлагая другой взгляд на природу пространства-времени и его взаимодействие с квантовыми частицами. Работа исследователей под руководством Джонатана Оппенгейма представлена в двух статьях, опубликованных одновременно в журналах Nature Communications и Physical Review X.
Мост между двумя мирами.
Авторы представили новую теорию, согласно которой пространство-время может быть "классическим" по своей природе. Это означает, что оно не будет подчиняться странным и противоречащим интуиции законам квантовой механики, которые управляют поведением частиц в атомном и субатомном масштабах.
Это предложение радикально отличается от современных теорий, таких как теория струн или петлевая квантовая гравитация. Последние пытаются интегрировать гравитацию в квантовые рамки, изменяя наше понимание самого пространства-времени, рассматривая его как квантовое. Новая теория UCL, с другой стороны, идёт другим путём, изменяя квантовую теорию, а не пространство-время.
Наиболее удивительным аспектом этой теории является то, что она предсказывает существование случайных и сильных флуктуаций в пространстве-времени. Эти флуктуации настолько значительны, что могут сделать непредсказуемым видимый вес объекта — если его измерить с достаточной точностью.
На этом фоне бывшие докторанты профессора Оппенгейма предлагают эксперимент, представленный в журнале Nature Communications, для проверки теории: очень точно измерить массу объекта, чтобы увидеть, колеблется ли его вес. Например, Международное бюро мер и весов во Франции регулярно взвешивает массу в 1 кг. Авторы предлагают использовать этот тип измерений в качестве тестового случая для теории. Если измерения массы в 1 кг покажут флуктуации ниже тех, которые требуются для математической согласованности, то теория будет признана несостоятельной.
Результат эксперимента или другие появляющиеся доказательства, которые подтвердят квантовую и классическую природу пространства-времени, являются предметом пари между профессором Оппенгеймом, профессором Карло Ровелли и доктором Джеффом Пенингтоном — сторонниками петлевой квантовой гравитации и теории струн соответственно.
За гранью гравитации: сомнение в основах.
Новая теория, предложенная физиками Калифорнийского университета, не только примиряет гравитацию с квантовой механикой, но и способна изменить наше понимание некоторых фундаментальных аспектов физики. Одним из ключевых моментов является сомнение в постулате измерения в квантовой механике. Согласно этому постулату, свойства квантовой частицы, такие как её положение или скорость, определяются только тогда, когда они измерены. Однако эта теория предполагает, что квантовая суперпозиция — явление, когда частица одновременно существует в нескольких различных состояниях или конфигурациях, — может быть решена естественным образом через взаимодействие с классическим пространством-временем. Это означает, что акт измерения больше не будет единственным фактором, определяющим реальность квантового состояния.
Кроме того, эта теория может предложить новый взгляд на проблему информации в черных дырах. Согласно принципам квантовой механики, информация не может быть уничтожена, однако теория общей относительности предполагает, что любая информация, поглощённая чёрной дырой, теряется навсегда. Это противоречие является серьёзной проблемой в теоретической физике. Теория UCL, изменяя нашу интерпретацию взаимодействия между квантовой материей и пространством-временем, может обеспечить основу для разрешения этого парадокса.
Тем не менее эта новая теория встречает значительный скептицизм в научном сообществе. Такие физики, как Карло Ровелли, выражают свои сомнения, указывая на то, что многие многообещающие теории в прошлом оказались неверными. Их осторожность подчёркивает важность экспериментального подтверждения в науке: теория, какой бы элегантной она ни была с математической или концептуальной точки зрения, должна столкнуться с эмпирической реальностью, чтобы быть принятой.
Гигантский шаг вперёд для физики, требующий надёжного научного сотрудничества.
Предложение проверить, является ли пространство-время классическим, путём поиска случайных флуктуаций массы дополняет другое экспериментальное предложение, направленное на проверку квантовой природы пространства-времени путём поиска так называемой "гравитационно-опосредованной запутанности".
Проведение экспериментов, необходимых для проверки этой теории, потребует тесного сотрудничества в рамках научного сообщества. Профессор Сугато Бозе из Калифорнийского университета в пресс-релизе заявил: "Эксперименты по проверке природы пространства-времени потребуют масштабных усилий, но они жизненно важны с точки зрения понимания фундаментальных законов природы. Я считаю, что эти эксперименты подвластны нам, эти вещи трудно предсказать, но, возможно, мы узнаем ответ в течение следующих 20 лет".
Источник: https://new-science.ru/novaya-...
Оценили 2 человека
4 кармы