За първи път математическа рамка доказва, че общата теория на относителността на Айнщайн, която обяснява връзката между пространството, времето и гравитацията, е в съответствие с квантовата физика – клонът на науката, който описва поведението на електрони, фотони и други фундаментални частици.
„Доказахме, че уравнението за полето на Айнщайн от общата теория на относителността всъщност е релативистично квантовомеханично уравнение“, отбелязват изследователите в своето изследване, публикувано в Astroparticle Physics.
Радикална теория обединява гравитацията и квантовата механика
С прости думи, тази нова рамка свързва науката, която управлява макроскопичния свят, с тази на микроскопичния свят.
Следователно тя има потенциала да обясни всеки физически феномен, известен на човечеството, вариращ от мистериозната тъмна материя в Космоса до фотоните, излъчвани от фенерчето на вашия телефон, пише Interesting Engineering.
„Към днешна дата няма глобално приета теория, която да обясни всички физически наблюдения“, добавят изследователите. Те твърдят, че тяхната теория може да оспори основите на физиката и да промени нашето разбиране за Вселената.
Разривът между относителността и квантовия свят
Общата теория на относителността на Айнщайн обяснява как работи гравитацията. В нея се казва, че масивни обекти като планети, звезди или галактики огъват тъканта на пространство-времето около себе си, като тежка топка на батут. Въпросното огъване създава това, което усещаме като гравитация.
Така че, вместо да мисли за гравитацията като за невидима сила, която дърпа обектите, общата теория на относителността показва, че обектите се движат по криви в изкривеното пространство около тях. Колкото по-масивен е обектът, толкова повече той огъва пространството и толкова по-силен е гравитационният ефект.
Квантовата физика, от друга страна, се занимава с изследването на необичайното поведение на най-малките частици във Вселената.
Например тя изследва как частици като електрони могат да съществуват в множество състояния или места наведнъж (суперпозиция), докато не бъдат измерени. Този тип странно поведение не се среща в обектите, с които работим редовно.
Загадката на гравитацията: търси се неуловима частица на една от основните природни сили
Досега учените не успяваха да съчетаят общата теория на относителността и квантовата физика, тъй като двете теории описват Вселената по фундаментално различни начини. Когато са правени опити да се приложат двете теории заедно – като например в случаи с черните дупки, те са давали противоречиви резултати, а това затруднява обединяването им в една рамка.
Например общата теория на относителността прогнозира, че ядрото на черна дупка е безкрайно плътно, докато квантовата физика предполага, че такива безкрайности не могат да съществуват.
Преодоляване на пропастта между относителността и квантовата физика
Общата теория на относителността работи добре за големи обекти, докато квантовата физика точно описва микроскопични явления, но каква е необходимостта да се обединяват? Има две големи причини за това. Първо, комбинирането им би осигурило пълно разбиране на Вселената във всички мащаби.
Това е важно, защото много понятия като черни дупки или Големия взрив вероятно са резултат от условията, при които както квантовата физика, така и общата теория на относителността са изиграли роля. Разбирането им изисква теория, която интегрира и двете.
Второ, човек не може да разбере напълно науката зад квантовата гравитация, лъчението на Хокинг, струнната теория и различни други явления, без да свърже точките между общата теория на относителността и квантовата физика.
За да ги свържат, изследователите са разработили математическа рамка, която „предефинира масата и заряда на лептоните (фундаменталните частици) по отношение на взаимодействията между енергията на полето и кривината на пространство-времето“.
„Полученото уравнение е ковариантно в пространство-времето и инвариантно по отношение на всяка скала на Планк. Следователно константите на Вселената могат да бъдат сведени само до две величини: дължина на Планк и време на Планк“, отбелязват изследователите.
Айнщайн го смяташе за невъзможно: физици измериха гравитацията на квантов мащаб
Това уравнение доказва математически, че уравнението за полето на Айнщайн, свързано с теорията на относителността, е равно на квантовото уравнение. Авторите на изследването твърдят, че това може да даде отговори на различни въпроси, които са били загадка.
Например това може да обясни защо черните дупки не се срутват, какви са били условията по време на Големия взрив и как работи пространствено-времевото заплитане.
Нещо повече, „през последните години космическият телескоп „Джеймс Уеб“ наблюдава няколко феномена, включително галактики, които вече са съществували 300 млн. г. след Големия взрив, за които никога не се е смятало, че съществуват. Предложената от нас теория обяснява по подходящ начин този феномен“, отбелязват изследователите.
