Нова теорія поєднує гравітацію Ейнштейна і квантову механіку

Фізики з Університетського коледжу Лондона (UCL) опублікували дві роботи, які представляють радикальну теорію, яка послідовно поєднує гравітацію та квантову механіку, зберігаючи при цьому класичне розуміння простору-часу Ейнштейна.

Сучасна фізика заснована на двох стовпах: квантової теорії, що регулює поведінку найдрібніших частинок у Всесвіті, та загальної теорії відносності Ейнштейна, що пояснює гравітацію через викривлення простору-часу. Однак ці дві теорії суперечать одна одній, і спроби їх з'єднати не увінчалися успіхом більше століття.

Традиційно передбачалося, що теорію гравітації Ейнштейна потрібно модифікувати чи "квантувати", щоб вона відповідала квантовій теорії. Нова теорія, розроблена професором Джонатаном Оппенгеймом (фізика та астрономія UCL) і викладена у статті в журналі Physical Review X, пропонує альтернативний підхід, припускаючи, що простір-час може бути класичним, тобто квантовою теорією, що не регулюється.

Замість модифікації простору-часу нова теорія, названа "постквантовою теорією класичної гравітації", змінює квантову теорію та передбачає внутрішній розрив у передбачуваності, який опосередкований самим простором-часом. Це призводить до випадкових і насильницьких коливань у просторі-часі, які більше, ніж передбачалося в рамках квантової теорії, роблячи вагу об'єктів, що здається, непередбачуваною при досить точному вимірі.

Друга стаття, опублікована одночасно в Nature Communications і очолювана колишніми аспірантами професора Оппенгейма, досліджує деякі наслідки теорії та пропонує експеримент для її перевірки: виміряти масу з високою точністю, щоб побачити, чи змінюється її вага з часом.

Наприклад, Міжнародне бюро заходів та ваг у Франції регулярно зважує 1-кілограмовий зразок, який раніше був стандартом 1 кг. Якщо коливання у вимірах цієї маси менше, ніж потрібно для математичної узгодженості, теорія може бути спростована.

Результат експерименту, або інші докази, що підтверджують квантову або класичну природу простору-часу, стали предметом парі між професором Оппенгеймом і провідними прихильниками теорії квантової петльової гравітації та теорії струн - професором Карло Ровеллі та доктором Джеффом Пеннінгтоном.

Протягом останніх п'яти років дослідницька група UCL піддавала теорію стрес-тестам та вивчала її наслідки.

Професор Оппенгейм заявив: "Квантова теорія і теорія загальної відносності Ейнштейна математично несумісні один з одним, тому важливо зрозуміти, як ця суперечність дозволяється. Чи має простір-час квантуватися, чи має змінитися квантова теорія, чи це щось зовсім інше?" , коли ми є послідовна фундаментальна теорія, у якій простір-час не квантується, це залишається загадкою " .

Коавтор Зак Веллер-Девіс, аспірант UCL, що допомагав розробляти експериментальну пропозицію і вніс ключові вклади в саму теорію, сказав: "Це відкриття викликає сумніви у нашому розумінні фундаментальної природи гравітації, але також відкриває шляхи вивчення її потенційно квантової природи".