• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.12.2023
Александр Березин
3
9 626

Новая теория квантовой гравитации утверждает, что ни один объект не имеет точно определенной массы

4.9

Попытки объединения квантовой теории и гравитации на протяжении многих десятилетий не удавались. Новый вариант такого объединения выглядит несколько лучше предшествующих, но делает предсказания, с которым не так-то просто смириться: он лишает определенности массу любого объекта во Вселенной.

Художественная версия рисунка из первой статьи авторов новой гипотезы. На нем, крайне схематично, изображен эксперимент, в котором тяжелые частицы (в их роли — Луна) вызывают интерференционную картину (квантовый эффект), одновременно искривляя пространство-время. Свисающие маятники изображают измерение пространства-времени. В реальном экспериментах такого рода, по расчетам новой работы, нужно использовать атомы золота / © ucl.ac.uk

Последние несколько десятилетий множество физиков пытались создать теорию, объединяющую квантовую механику — описывающую поведение атомов и субатомных частиц — и гравитацию, описывающую поведение куда более крупных объектов. Считается, что такое объединение могло бы решить ряд проблем как гравитационной теории (вроде сингулярностей в момент Большого взрыва или космологической постоянной), так и квантовой.

Однако все попытки объединить их на практике приводили к странностям. Например, когда космологическую постоянную попробовали вывести из квантовой механики, у нее получилась величина, отличающаяся от наблюдаемой астрономами на 120 порядков, — «худшее предсказание в истории науки», как его называют сами физики.

Ряд ученых указывают на то, что сама идея объединения этих теорий зиждется на зыбком основании. Во-первых, сингулярностей во многих вариантах физических теорий нет — ни в момент Большого взрыва, ни в центрах черных дыр. Во-вторых, квантовая механика описывает события, развивающиеся во времени, а Общая теория относительности (описывающая гравитацию) имеет дело со временем, уже «встроенным» в пространство. Неясно, можно ли в принципе объединить теории, в одной из которых время «внешнее», а в другой — «встроенное». Однако попытки создать единую теорию всего все равно не прекращаются.

Очередную такую предприняли физики из Университетского колледжа Лондона (Великобритания), опубликовавшие две новые работы в Physical Review X и Nature Communications. Их гипотеза радикально отличается от предшественников: предполагается, что пространство-время не квантовано, классическое, как в Общей теории относительности, то есть квантовая теория на него вообще никак не влияет. Это значит, что такая гипотеза избегает главных проблем своих предшественников — того, что попытки «квантования» пространства-времени все время вели к абсурдным предсказаниям в отношении Вселенной в целом. Раз квантовая механика не затрагивает пространство-время, то и предсказаний по нему она не делает, отчего не делает и ошибок в них.

Взамен «модифицирования» физики пространства-времени авторы новой гипотезы предложили модифицировать квантовую механику. Ученые назвали это постквантовой теорией классической гравитации. В ее рамках предполагается, что кривизна пространства-времени может быть объектом сильной неопределенности, в чем-то похожей на принцип неопределенности Гейзенберга.

Исследователи постулируют, что при попытке достаточно точно измерить массу материальных макроскопических объектов (на ней отражается кривизна пространства-времени) любой измеряющий получит огромные значения неопределенности. Речь идет о намного более точных измерениях, чем те, что используют сегодня для определения, например, массы эталона килограмма.

Ученые во второй работе показали, что подобные измерения, предпринятые в разные моменты времени, должны демонстрировать сильно различающиеся результаты. По сути, новая гипотеза утверждает, что у любого объекта нет постоянной массы, а наши представления о том, что она есть, — лишь результат недостаточной точности измерений.

Поскольку для обнаружения такой «постквантовой неопределенности» массы тела нужна огромная точность, новая гипотеза не отражается на космологии и астрофизике. Там просто нет точности измерения массы тел нужного уровня, поэтому неопределенности не возникают. Однако для эталона килограмма такие измерения возможны, хотя и потребуют создания особо точных лабораторных «весов».

Во второй работе исследователи предложили подобный эксперимент и показали, что средства измерения (до создания нужной экспериментальной установки) пока недостаточно точны, чтобы подтвердить или опровергнуть новую гипотезу.

Тем не менее технически доступные усовершенствования позволяют устроить такую экспериментальную проверку в обозримом будущем.

Ведущий автор новой гипотезы, профессор Джонатан Оппенгейм (Jonathan Oppenheim), решил заключить пари (с довольно рискованным коэффициентом 5000 к 1) на то, что эксперимент такого рода подтвердит его идею. Соответствующая ставка зафиксирована вот здесь, причем приняли пари два сторонника других концепций квантовой гравитации — Карло Ровелли (Carlo Rovelli) и Джефф Пенингтон (Geoff Penington). Первый — сторонник петлевой квантовой гравитации, второй — струнщик.

Условия пари петлевиков и струнщиков с автором новой гипотезы довольно необычны даже для научной среды: оппоненты Оппенгейма так уверены в его проигрыше, что приняли ставку в 5000 к одному. Это значит, что если он проиграет, то заплатит им обоим не более 0,4 фунта стерлингов в сумме. Если же выиграет он, то они заплатят ему до 1000 фунтов стерлингов. Такое научное пари редко увидишь где-то за пределами Британии / © ucl.ac.uk

Сильной стороной новой гипотезы надо назвать тот факт, что она, в отличие от струнной, проверяема. Современные варианты теории струн, другого варианта объединения квантовой механики и гравитации, по сути, непроверяемы ни экспериментально, ни наблюдениями (точнее, нужные средства проверки невозможно создать в обозримом будущем). То же самое, по сути, относится ко многим современным гипотезам петлевой квантовой гравитации. А непроверяемые теории не очень много чего добавляют к научному знанию: даже если они верны, но из этого нет никаких наблюдаемых физических результатов, то с их помощью ничего не получится предсказать. Правда, экспериментальная проверка гипотезы Оппенгейма может занять много лет, поскольку требуемые ею измерения организовать хотя и можно, но технически довольно сложно.

Другой плюс гипотезы — она решает вопрос с «пропажей информации» в черной дыре. В ее рамках информация вполне может уничтожаться за счет случайных флуктуаций, распространяющихся не только на квантовомеханические процессы, но и на макроскопические объекты.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 02:38
Александр Березин

Новая успешная посадка позволила США не только вернуться на Селену после 52-летнего перерыва, но и впервые в истории земной космонавтики достичь зоны, близкой к южному полюсу Луны — результат, который СМИ недавно ошибочно приписывали индийскому посадочному аппарату.

Вчера, 15:03
Дарья Боголюбова

Огромное число экзопланет, формально лежащих в зоне обитаемости, на деле могут быть малопригодными для жизни, полагают авторы новой научной работы. Причем виноват в этом весьма неожиданный фактор переменного тока.

22 февраля
Игорь Байдов

Международная команда исследователей открыла двойную звездную систему со сверхмалыми, сверхлегкими звездами и с чрезвычайно коротким периодом вращения вокруг общего центра масс. Хотя теоретические модели предсказывали наличие таких типов систем во Вселенной, напрямую астрономы их еще ни разу не наблюдали.

19 февраля
Полина

Подростки чаще пробуют писать музыку, если у них есть возможность получать соответствующее дополнительное образование, а также когда они чувствуют поддержку и преемственность. При этом есть пять типовых траекторий, которые приводят к собственному творчеству.

20 февраля
ПНИПУ

Стоит ли готовить на поцарапанной сковородке и как связаны алюминиевая кастрюля, плохая вода и камни в почках? Какой срок службы у кухонной доски и безопасны ли для экологии биоразлагаемые контейнеры? О материалах для посуды рассказали ученые Пермского Политеха.

20 февраля
Андрей

Французские геологи проанализировали состав нитратов в вулканических отложениях времен неогена и выяснили, что возникающие в облаках пепла молнии могли фиксировать атмосферный азот. Исследователи обнаружили несколько свидетельств, указывающих на то, что нитраты в отложениях образовались именно из атмосферного азота.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

3 Комментария

Alex D.
05.12.2023
-
3
+
Хочется больше подробностей на эту тему: какие проблемы современной физики решает данная гипотеза, как влияет на понимание квантовых процессов, в чем должен заключаться эксперимент по её проверке?
Sam Dowson
05.12.2023
-
0
+
Коэффициент 5000:1 это видимо отсылка к 5 сигмам. "Сам обнаружил, сам и доказал". Правда, настоящие 5 сигм это где-то 1:3 500 000. А 5000:1 ближе всё же к 3 сигмам.
Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: