Группа американских ученых при помощи физических формул смогла отыскать своеобразный “мост”, соединяющий Общую теорию относительности Альберта Эйнштейна и квантовую механику. Это открытие может заставить физиков переосмыслить и пересмотреть понятие и природу пространства-времени, говорится в статье, опубликованной Futurism.

Общая теория относительности (ОТО) описывает гравитацию как искривление пространства-времени. Эта теория гласит: чем массивнее объект, тем больше будет искажение, которое “ощущается” как гравитация. Во Вселенной одними из таких объектов являются черные дыры. Они настолько огромны, что искаженное ими пространство-время “отодвигается” в глубокую и бездонную пустоту, из которой ничто не может выбраться.

В 1970-х годах физики Якоб Беккенштейн и Стивен Хокинг заметили связь между площадью поверхности черных дыр и их микроскопической квантовой структурой, которая определяет их энтропию. Для научного мира это впервые показало существование связи между ОТО и квантовой механикой.

Менее чем через три десятилетия физик-теоретик Хуан Мальдасена смог установить еще одну связь между гравитацией и квантовым миром. Эта связь привела к созданию модели квантовой гравитации, которая предполагает, что гравитация возникает из-за квантовой запутанности. Ученый пришел к выводу, что у каждой черной дыры есть пара, и обе дыры связаны друг с другом именно благодаря квантовой запутанности, которая может путем изменения как уничтожить пространство-время, так и создать его.

Чунджун Цао и Шон Кэрролл из Калифорнийского технологического института (CalTech) продолжили развивать мысль Мальдасены. При помощи компьютерного моделирования ученые проверили, действительно ли они смогут “получить” динамические поля гравитации, используя лишь модель той структуры, в которой возникает пространство-время из квантовой запутанности. Их исследование было опубликовано в arXiv.

Взяв за основу математическое понятие, называемое гильбертовым пространством, Цао и Кэрролл смогли найти сходство между математическими уравнениями, которые описывают квантовую запутанность и уравнением ОТО Эйнштейна. Это открытие подтвердило мысль о том, что пространство-время и гравитация возникают в результате квантового запутывания.

Теория всего

В современном мире почти все, что мы знаем о физических и математических аспектах Вселенной, можно объяснить либо Специальной теорией относительности (и ОТО), либо квантовой механикой. Первая рассказывает о движении больших тел, вторая помогает нам понять природу на микроуровне (поведение атомов, субатомных частиц и т.д.).

Так как эти два “направления” казались несовместимыми друг с другом, ученые пытались разработать такую систему, которая бы объединяла все физико-математические теории и объясняла все известные фундаментальные взаимодействия (включая природу пространства-времени) — своего рода “теорию всего”. Однако пока этого сделать не удалось.

“Поскольку гравитация и пространство-время являются важной частью “всего”, наши дальнейшие исследования, возможно, смогут помочь найти эту теорию. Она объединила бы ОТО и квантовую механику”, — говорит Шон Кэрролл.

Если когда-либо ученые смогут осуществить “великое объединение”, эта новая теория поможет нам ответить на весьма важные вопросы. Например, мы сможем понять истинную природу темной материи и темной энергии, черных дыр и других таинственных космических объектов.