Идея пространства-времени доминирует в физике с начала XX века. Она позволяет описать гравитацию как искривление пространства под действием массивных объектов, объяснить движение планет и предсказать такие явления, как черные дыры. Однако современные открытия в квантовой механике указывают, что на микроуровне пространство-время теряет свои эффекты. Взаимодействия частиц на квантовом уровне слишком хаотичны, чтобы их можно было описать привычными методами.
Американский физик Нима Аркани-Хамед (Nima Arkani-Hamed) из Института перспективных исследований в Нью-Джерси и ее коллеги утверждают, что пространство-время — не фундаментальная сущность, а производное явление. Чтобы по-настоящему понять фундаментальные законы природы, ученые должны взглянуть глубже. Вместо привычных трех измерений пространства и времени команда Аркани-Хамед предложила исследовать геометрические объекты, которые не зависят от этих понятий. Среди таких геометрических объектов — космогедрон.
По мнению авторов научной работы, космогедрон — трехмерная математическая фигура, которая позволяет описать квантовые свойства Вселенной. Ее создание стало возможным благодаря работе с более простыми формами, называемыми ассоциахедронами. Эти объекты уже использовались для расчета так называемых «амплитуд рассеяния» — вероятностей того, как частицы будут взаимодействовать при столкновении.
Статья по теме: Американские физики: природа пространства-времени может быть пересмотрена
Ранее подобные расчеты требовали сложных уравнений, которые занимали тысячи строк. Ассоциахедроны значительно упростили задачу: вместо традиционных формул физики стали использовать объемы этих геометрических форм. Например, в случае столкновения трех частиц ассоциахедрон позволяет свести задачу к построению трехмерной фигуры и измерению ее объема. Формула для этого объема оказывается равной той, что описывает поведение частиц.
Переход от ассоциахедрона к космогедрону — шаг к еще более сложной геометрии. Ученые «сбривают» грани базовой фигуры, добавляя новые параметры. Эти параметры соответствуют дополнительным физическим значениям, необходимым для описания квантовой волновой функции Вселенной — формулы, которая объединяет всю информацию о квантовом объекте, включая его возможные состояния и поведение.
Статья по теме: Может ли что-то двигаться быстрее скорости света?
Космогедрон расширяет эту концепцию на весь космос. С его помощью можно описать гипотетическую Вселенную как единое квантовое состояние, не прибегая к пространству и времени. Этот подход предлагает новый язык для описания физических законов, полностью свободный от традиционных понятий.
Одна из главных особенностей космогедрона — его независимость от привычных физических параметров, таких как локальность или взаимодействие частиц. Геометрия сама «знает», как учитывать основные принципы квантовой механики и теории относительности. Вместо того чтобы вручную вводить эти принципы в уравнения, ученые просто изучают свойства космогедрона.
«Вы как будто строите Вселенную из абстрактных математических кирпичиков», — пояснила соавтор исследования Каролина Фигейредо (Carolina Figueiredo) из Принстонского Университета. По словам ученого, этот подход позволяет исследовать законы природы с новой точки зрения без традиционных сложностей.

Несмотря на перспективность метода, он пока не универсален. Физики признали, что космогедрон не может описывать поведение всех известных частиц. Например, электромагнитные взаимодействия заряженных частиц. Однако команда физиков надеется, что дальнейшие исследования помогут преодолеть эти ограничения.
Создание космогедрона — начало пути. Успех этой идеи может привести к пересмотру фундаментальных основ физики. Если пространство-время действительно окажется производным явлением, ученым придется пересмотреть все наше понимание реальности. Таким образом, космогедрон не только открывает новую главу в изучении Вселенной, но и дает возможность ученым переосмыслить наше место в этом сложном и удивительном мире.
Статья ученых опубликована на сайте электронного архива препринтов arXiv.org.