• 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, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

10 часов назад
Михаил Орлов

Змеи — широко распространенные и разнообразные рептилии, которые очень близки ящерицам и в ходе эволюции произошли именно от них. Среди более четырех тысяч видов змей есть жители почти всех континентов и крупных островов, освоившие самые разнообразные экологические ниши и способные питаться почти кем угодно. Авторы новой статьи в Science проанализировали геномы более тысячи видов чешуйчатых (змей и ящериц), данные об их рационе и объяснили, как возникло уникальное разнообразие змей.

Вчера, 14:10
Ольга Иванова

Ученые узнали, где произошло самое мощное извержение вулкана современной геологической эпохи. Общий объем извержения составил от 332 до 427 кубических километров.

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.

Позавчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

21 февраля
Ольга Иванова

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

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: