Новая научная статья утверждает, что "квантовая гравитация" может появляться из голографической вселенной

В последние десятилетия своей жизни Альберт Эйнштейн надеялся объединить свое описание гравитации с существующими моделями электромагнетизма в рамках единой основной теории.

Этот поиск до сих пор не дает покоя физикам-теоретикам. Две наши лучшие модели реальности - общая теория относительности Эйнштейна и законы квантовой механики - так же несмешиваемы, как масло и вода.

Как бы ни выглядела комбинация этих двух моделей, она почти наверняка откроет основы Вселенной, совершенно не похожие на то, что мы можем себе представить.

Недавно опубликованное математическое открытие описывает возникновение гравитации в рамках так называемой "голографической" модели Вселенной; оно было обнаружено группой исследователей из Технологического университета Чалмерса в Швеции и Массачусетского технологического института в США.

Как бы странно это ни звучало, но это лучшее место для того, чтобы начать поиск полного понимания того, как пространство, время и материя возникают из более глубоких законов.

"Когда мы ищем ответы на вопросы в физике, нас часто приводят к новым открытиям и в математике", - говорит математик Университета Чалмерса Даниэль Перссон.

"Это взаимодействие особенно заметно в поисках квантовой гравитации - там, где крайне сложно проводить эксперименты".

Несмотря на их дискретную способность предсказывать поведение всего - от прыжков электронов до столкновений с черными дырами - со сверхъестественной точностью, квантовая физика и общая относительность возникли из двух совершенно разных систем мышления.

Квантовая Вселенная блочная, но нечеткая при близком рассмотрении, как пиксели, которые расплываются в путаницу цветов, когда вы прижимаете лицо к экрану.

Общая теория относительности основывается на бесшовном континууме пространства и времени, который искривляется в зависимости от массы с четкой убежденностью, даже при наблюдении в самых малых масштабах.

Существуют и другие метафоры, которые мы можем использовать для описания того, как может функционировать Вселенная, каждая со своими математическими рамками, каждая немного более туманная, чем предыдущая.

Некоторые из них подразумевают добавление невидимых измерений, завернутых в умопомрачительные геометрические фигуры. Голографический принцип, используемый исследователями, - это странный пример, который предполагает отнятие измерений.

Можно представить себе это следующим образом: Вся информация о том, как частицы сталкиваются и притягиваются друг к другу, закодирована на чем-то более похожем на плоскую поверхность, чем на трехмерное пространство, в котором, как мы думаем, мы живем, не так, как ощущение глубины появляется, когда вы смотрите на плоскую голографическую наклейку.

Есть веская причина думать о физике таким образом. Квантовые версии гравитации, встроенные в четырехмерное пространственное время, быстро становятся чрезвычайно сложными и неработоспособными.

Если бы наше пространство-время изогнулось достаточно далеко назад, чтобы создать своего рода цилиндр, оно обязательно имело бы "плоскую" границу. Так получилось, что громоздкие теории квантовой гравитации имели бы соответствующие теории на этой границе, теории, с которыми гораздо проще работать.

В новой работе эффективно смешиваются различные модели, управляющие частицами и их волнами и тем, как они трансформируются в поля в голографической среде, чтобы прийти к математическому эквиваленту гравитации, работающей как естественное следствие этих взаимодействий.

"Задача состоит в том, чтобы описать, как гравитация возникает как "эмерджентное" явление. Подобно тому, как повседневные явления - например, течение жидкости - возникают из хаотического движения отдельных капель, мы хотим описать, как гравитация возникает из квантово-механической системы на микроскопическом уровне", - говорит математик Роберт Берман из университета Чалмерс.

В качестве бонуса, эта новая работа может также указать путь к объяснению других крупномасштабных явлений, таких как расширяющее Вселенную топливо, которое мы сейчас называем темной энергией.

Как бы ни была изящна математика, теоретики имеют роскошь наполнять свою работу оговорками и предположениями, чтобы найти новые интригующие закономерности. Например, вопрос о том, достаточно ли наша Вселенная загибается назад, чтобы иметь границы, необходимые для голографического принципа, сам по себе открыт, и лишь немногие космологи в этом убеждены.

Тем не менее, когда вы пытаетесь решить проблему, которую не смог решить даже Эйнштейн, начать с невообразимого - неплохой способ начать.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.