Исследование: «квантовая гравитация» может возникать из голографической Вселенной

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

Это поиск, который продолжает беспокоить физиков-теоретиков и по сей день. Две из наших лучших моделей реальности — общая теория относительности Эйнштейна и законы квантовой механики — несовместимы, как масло и вода.

Как бы ни выглядело их сочетание, оно почти наверняка раскроет основы Вселенной, совсем непохожие ни на что, что мы можем себе представить.

Недавно опубликованное математическое открытие описывает появление гравитации в рамках так называемой «голографической» модели Вселенной; его обнаружила группа исследователей из Технологического университета Чалмерса в Швеции и Массачусетского технологического института в США.

Как бы странно это ни звучало, это лучшее место для начала нашего поиска полного понимания того, как пространство, время и материя возникают из более глубоких законов.

«Когда мы ищем ответы на вопросы в физике, мы часто приходим к новым открытиям и в математике», — говорит математик из Университета Чалмерса Дэниел Перссон.

«Взаимодействие особенно заметно при поиске квантовой гравитации, где сложно проводить эксперименты».

Несмотря на их дискретную способность предсказывать поведение всего, от скачков электронов до столкновений с черными дырами, со сверхъестественной точностью, квантовая физика и общая теория относительности возникают из двух очень разных систем мышления.

Квантовая Вселенная блочная, но туманная, если смотреть вблизи, как пиксели, которые расплываются в сбивающую с толку цветовую мешанину, когда вы прижимаетесь лицом к экрану.

Общая теория относительности опирается на бесшовный континуум пространства и времени, который изгибается в ответ на массу с четким убеждением, даже если рассматривать его в самом маленьком масштабе.

Есть и другие метафоры, которые мы можем использовать для описания того, как может работать Вселенная, каждая из которых имеет свою собственную математическую структуру, каждая из которых немного более неясна, чем предыдущая.

Некоторые включают добавление невидимых измерений, обернутых в умопомрачительные геометрические формы. Голографический принцип, используемый здесь исследователями, представляет собой странный пример, который предполагает удаление измерений.

Вы можете думать об этом так: вся информация о том, как частицы сталкиваются и сближаются, закодирована на чем-то более похожем на плоскую поверхность, чем на трехмерное пространство, в котором, как мы думаем, мы живем, мало чем отличаясь от того, как появляется ощущение глубины, когда вы смотрите на плоскую голографическую наклейку.

Есть веская причина так думать о физике. Квантовые версии гравитации, встроенные в четырехмерное пространство-время, быстро становятся чрезвычайно сложными и неработоспособными.

Если бы наше пространство-время изогнулось достаточно далеко, чтобы создать что-то вроде цилиндра, оно обязательно имело бы «плоскую» границу. В новой статье эффективно смешиваются различные модели, управляющие частицами и их волнами, а также то, как они трансформируются в поля в голографической обстановке, чтобы найти математический эквивалент гравитации, действующей как естественное следствие этих взаимодействий.

Новая работа может также указать путь к объяснениям других крупномасштабных явлений, таких как топливо, расширяющее Вселенную, которое мы в настоящее время называем темной энергией.

Какой бы элегантной ни была математика, теоретики могут позволить себе роскошь наполнять свою работу оговорками и предположениями, чтобы найти новые интригующие закономерности. Например, достаточно ли изогнута наша Вселенная, чтобы иметь границу, необходимую для голографического принципа, — это сам по себе открытый вопрос, в котором убеждены лишь немногие космологи.

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

Исследование было опубликовано в Nature Communications.