Интересно

Теория на всичко: Как физиците най-накрая свързаха гравитацията и квантовата механика

/Поглед.инфо/ Конфликтът между общата теория на относителността и квантовата механика от десетилетия заема ролята на централна пробойна в теоретичната физика, поддържаща цели академични катедри на изкуствено интелектуално финансиране. Публикацията на професор Джонатан Опенхайм от Университетския колеж в Лондон в списанието Physical Review X предлага радикална алтернатива на доминиращите струнни теории и квантовата гравитация на контурите. Вместо да се опитва насилствено да квантува пространство-времето, британският екип залага на математически модел, в който гравитацията остава непрекъсната, класическа величина, взаимодействаща със стохастичен (случаен) квантов свят. Това решение премахва теоретичните парадокси на сингулярностите, но прехвърля тежестта върху инженерната логистика на експерименталната физика, която няма да разполага с необходимите измервателни технологии в следващите няколко десетилетия.

Деж. редактор д-р Владимир Трифонов 3699 прочитания
Теория на всичко: Как физиците най-накрая свързаха гравитацията и квантовата механика

Физическата общност отдавна страда от хронична липса на емпиричен материал, което превърна теоретичните търсения в нещо средно между висша математическа схоластика и корпоративен маркетинг на институтите. Основният проблем, който Опенхайм се опитва да разреши, е концептуалната несъвместимост между непрекъснатата геометрия на Алберт Айнщайн и дискретния, вероятностен характер на микросвета, описан от Нилс Бор и неговите последователи. Досегашният консенсус налагаше тезата, че гравитацията трябва да бъде квантувана – тоест разделена на неделими пакети (гравитони), точно както електромагнитното взаимодействие е квантувано чрез фотоните. Този подход обаче неизменно води до математически безкрайности и загуба на предсказуемост в екстремни условия, каквито са черните дупки или ранната вселена. Подобни теоретични задънени улици редовно бяха разглеждани в наши анализи за кризата на научното финансиране и превръщането на фундаменталната наука в бюрократична машина за грантове.

Разработената в Лондон теория за постквантовата гравитация тръгва по обратния път. Пространство-времето се разглежда като фундаментална, непрекъсната тъкан, която не подлежи на разделяне на кванти. Връзката между тази класическа система и квантовите полета се осъществява чрез специфична стохастична математическа рамка. Това означава, че на Планково равнище времето не тече като прецизен, равномерен механизъм, а съдържа вътрешно присъщи, случайни флуктуации. Тези отклонения в интервалите са твърде малки за настоящите методи на засичане, но тяхното съществуване прави самия поток на времето флуиден и непредсказуем в микромащаб. Математическите изчисления на Опенхайм показват, че това взаимодействие запазва квантовата кохерентност на локално ниво, но същевременно налага ограничение върху точността, с която можем да измерваме масите и техните позиции.

Тук обаче лъсва сериозна пробойна, която авторите на изследването не крият. Новата теория изглежда логична на хартия, но числата и наличната апаратура не позволяват нейното незабавно верифициране. За да се докаже или отхвърли моделът на Опенхайм, е необходимо да се измери теглото на даден обект с изключителна прецизност във времето, за да се види дали съществуват споменатите случайни флуктуации в гравитационното му поле. Настоящите сензори, атомни часовници и интерферометри просто не притежават необходимия капацитет, за да изолират подобен микроскопичен шум от фоновите термични и сеизмични вибрации на земната кора. Според изявления на физика Фабиано, проектирането и изграждането на лаборатории с подобно ниво на изолация ще отнеме десетилетия и ще изисква сериозен индустриален и финансов ресурс, с какъвто съвременната експериментална наука, заета с по-прагматични приложни задачи, не разполага.

Критиката към лондонския модел се корени в това, че той премахва едни парадокси, за да ги замени с други. Идеята, че гравитацията е коренно различна от останалите три фундаментални взаимодействия (електромагнитното, силното и слабото ядрено оръжие), противоречи на десетилетния стремеж на физиката към т.нар. Теория на всичко, която да обедини всички сили в единен математически апарат. Ако Опенхайм е прав, природата е дуалистична в самата си основа – една част от нея е строго детерминирана и непрекъсната, а друга е вероятностна и дискретна, като мостът между тях е чистата случайност. Това връща дебата обратно към ерата на Айнщайн, който категорично отказваше да приеме, че „Бог играе на зарове“. Настоящите изчисления в Physical Review X показват, че заровете може би са вградени в самото пространство-време, но докато експерименталната логистика не настигне теоретичната мисъл, този спор ще остане в сферата на академичните предположения.