ПОСЛУГИ
Однією з найбільших проблем сучасної фізики є пошук єдиної або «уніфікованої» теорії, яка могла б описати всі закони природи в єдиній структурі. Одну, яка поєднує дві великі (і непримиренні) теорії, які сьогодні вчені використовують для розуміння реальності: загальну теорію відносності Ейнштейна, яка описує Всесвіт у великому масштабі; і квантова механіка, які описують наш світ на атомному рівні. Чому ці дві успішні теорії поєднуються, є однією з найбільших загадок, що стоять перед наукою.
Якщо підтвердиться, ця теорія «квантового запису» включатиме як макроскопічний, так і мікроскопічний опис реальності, а наша також дасть глибоке уявлення про явища, які сьогодні недоступні, наприклад, чорні діри або момент, коли був створений Всесвіт.
Але як його отримати? Протягом майже століття покоління фізиків безуспішно намагалися з’ясувати, чому закони, які діють у сфері дуже малого, не «працюють» у макроскопічному світі навколо нас, і навпаки. Тепер група дослідників із Технологічного університету Чалмерса у Швеції разом з американським MIT опублікували статтю в «Nature Communications», в якій припускають, що гравітація, сила, яка домінувала у Всесвіті, виникає у великих масштабах. насправді з квантового світу. Щоб дійти цього надзвичайного висновку, дослідники вдалися до передової математики і так званого «голографічного принципу».
«Наші зусилля зрозуміти очі природи, — пояснює Деніел Перссон, співавтор дослідження, — і мова, якою ці закони написані, — математика. Коли ми шукаємо відповіді на запитання у фізиці, вони часто ведуть нас до нових відкриттів і в математиці. Ця взаємодія особливо помітна в пошуках квантової гравітації, де надзвичайно важко проводити експерименти».
Приклад явища, що вимагає такого типу уніфікованого опису своїх чорних дір. Чорна діра утворюється, коли досить важка зірка колапсує під дією власного гравітаційного притягання, так що вся її маса зосереджується в надзвичайно маленькому об’ємі. Опис квантової механіки чорних дір все ще знаходиться в зародковому стані, але він включає в себе вражаючу передову математику.
У цьому випадку єдиної теорії, яку пояснив Роберт Берман, перший автор статті, «завдання полягає в тому, щоб описати, як сплеск тяжіння утворився як «виникне» явище. Так само, як повсякденні явища, такі як потік рідини, виникають із хаотичних рухів окремих крапель, ми хочемо описати, як гравітація виникає з квантово-механічної системи на мікроскопічному рівні».
З цієї форми дослідники продемонстрували, як гравій виходить із спеціальної системи квантової механіки, у моделі, спрощеній квантовим гравієм, яка називається «голографічним принципом».
«Використовуючи математичні прийоми, які я вже досліджував раніше, — продовжує Берман, — нам вдалося сформулювати пояснення того, як виникає гравітація за голографічним принципом, точніше, ніж раніше».
Новий предмет також може запропонувати новий спосіб боротьби з таємничою темною енергією. У загальній теорії відносності Ейнштейна гравітація описується як геометричне явище. Подібно до того, як щойно заправлене ліжко прогинається під вагою людини, важкі об’єкти можуть зігнути простір-час — «тканину», з якої складається Всесвіт.
Але згідно з теорією Ейнштейна, навіть порожній простір, «вакуумний стан» Всесвіту, має багату геометричну структуру. Якби ми збільшили масштаб і поглянули на цю порожнечу за допомогою мікроскопа, то побачили б крихітні квантово-механічні флуктуації або хвилі, відомі як темна енергія, таємнича сформована енергія, яка, як вважають, відповідає за прискорене розширення Всесвіту.
Дослідження може привести до нового тверезого розуміння того, як виникають ці квантово-механічні мікроскопічні хвилі, а також взаємозв’язку між теорією гравітації Ейнштейна і квантовою механікою, чого вчені намагалися десятиліттями.
«Ці результати, – робить висновок Перссон, – відкривають можливість тестування інших аспектів голографічного принципу, таких як мікроскопічний опис чорних дір. Ми також сподіваємося, що зможемо використати ці нові ідеї в майбутньому, щоб відкрити нові шляхи в математиці».
