Най-сетне единната теория, съчетаваща гравитацията с другите фундаментални сили - електромагнетизма и силните и слабите ядрени сили - е на една ръка разстояние.
Приобщаването на гравитацията е цел на поколения физици, които се опитват да преодолеят несъвместимостта на два крайъгълни камъка на съвременната физика: квантовата теория на полето и теорията на Айнщайн за гравитацията.
Изследователи от Университета Аалто са разработили нова квантова теория на гравитацията, която описва гравитацията по начин, съвместим със Стандартния модел на физиката на елементарните частици, отваряйки вратата към по-добро разбиране за това как е започнала Вселената.
Въпреки че светът на теоретичната физика може да изглежда отдалечен от приложимата техника, откритията са забележителни. Съвременните технологии са изградени на базата на такива фундаментални постижения - например GPS-ът в смартфона работи благодарение на теорията за гравитацията на Айнщайн.
Микко Партанен (Mikko Partanen) и Юка Тулкки (Jukka Tulkki) описват новата си теория в статия, публикувана в Reports on Progress in Physics. Водещият автор Партанен очаква, че в рамките на няколко години откритията ще отключат важно познание.
"Ако се окаже, че това води до цялостна квантова теория на гравитацията, то в крайна сметка тя ще даде отговор на много трудните проблеми, свързани с разбирането на сингулярностите в черните дупки и Големия взрив", казва той.
"Теория, която последователно описва всички фундаментални сили на природата, често се нарича теория на всичко", обяснява Партанен, въпреки че самият той не обича да използва този термин. "Някои фундаментални въпроси на физиката все още остават без отговор. Например настоящите теории все още не обясняват защо в наблюдаемата Вселена има повече материя, отколкото антиматерия."
Примиряване на непримиримите
Ключът е в намирането на начин да се опише гравитацията в подходяща калибровъчна теория - вид теория, в която частиците взаимодействат помежду си чрез поле.
"Най-познатото калибровъчно поле е електромагнитното поле. Когато електрически заредени частици взаимодействат помежду си, те си взаимодействат чрез електромагнитното поле, което е съответното калибровъчно поле", обяснява Тулки.
"Така че, когато имаме частици, които имат енергия, взаимодействията, които те осъществяват само защото имат енергия, биха се случили чрез гравитационното поле."
Предизвикателство, пред което отдавна са изправени физиците, е намирането на калибровъчна теория на гравитацията, която да е съвместима с калибровъчните теории на другите три фундаментални сили - електромагнитната сила, слабата ядрена сила и силната ядрена сила. Стандартният модел на физиката на елементарните частици е калибровъчна теория, която описва тези три сили и има определени симетрии.
"Основната идея е да имаме калибровъчна теория на гравитацията със симетрия, която е подобна на симетриите на стандартния модел, вместо да базираме теорията на много различния вид симетрия на пространство-времето на Общата теория на относителността", коментира Партанен, водещ автор на изследването.
Без такава теория физиците не могат да съгласуват двете ни най-мощни теории - квантовата теория на полето и Общата теория на относителността. Квантовата теория описва света на много малките частици, които си взаимодействат по вероятностен начин, докато Общата теория на относителността описва по-обемния свят на познатите обекти и тяхното гравитационно взаимодействие.
Двете теории описват нашата вселена от различни гледни точки и са потвърдени с изключителна точност - но са несъвместими една с друга. Освен това, тъй като гравитационните взаимодействия са слаби, е необходима по-голяма прецизност, за да се изследват истинските ефекти на квантовата гравитация извън Общата теория на относителността, която е класическа теория.
"Необходима е квантова теория на гравитацията, за да се разбере какъв вид явления има в случаите, когато има гравитационно поле и високи енергии", опбяснява Партанен. Това са условията около черните дупки и в много ранната Вселена, непосредствено след Големия взрив - области, в които съществуващите теории във физиката спират да работят.
Винаги очарован от най-големите въпроси на физиката, той открива нов подход към теорията на гравитацията, основан на симетрията, и започва да доразвива идеята заедно с Тулки. Получената работа има голям потенциал да отключи цяла нова ера на научно разбиране, по същия начин, по който разбирането на гравитацията проправи пътя към създаването на GPS.
Отворена покана към научната общност
Въпреки че теорията е обещаваща, двамата физици посочват, че все още не са завършили нейното доказване. Теорията използва техническа процедура, наречена ренормализация - математически начин за справяне с безкрайностите, които се появяват в изчисленията.
Досега Партанен и Тулки са показали, че това работи до определен момент - за така наречените членове от "първи ред", но трябва да се уверят, че безкрайностите могат да бъдат елиминирани по време на цялото изчисление.
"Ако ренормализацията не работи за членовете от по-висок ред, ще се получат безкрайни резултати. Затова е жизненоважно да покажем, че тази ренормализация продължава да работи", обяснява Тулки. "Все още предстои да направим пълно доказателство, но вярваме, че е много вероятно да успеем".
"Не мога да кажа кога, но мога да кажа, че ще знаем много повече за това след няколко години", допълва Партанен.
Засега те са публикували теорията в сегашния ѝ вид, така че останалата част от научната общност да може да се запознае с нея, да провери резултатите ѝ, да помогне за по-нататъшното ѝ развитие и да я надгражда.
"Подобно на квантовата механика и теорията на относителността преди нея, ние се надяваме, че нашата теория ще отвори безброй пътища за изследване на учените", заключава Партанен.
Справка: Mikko Partanen et al, Gravity generated by four one-dimensional unitary gauge symmetries and the Standard Model, Reports on Progress in Physics (2025). DOI: 10.1088/1361-6633/adc82e
Източник: New quantum theory of gravity brings long-sought 'theory of everything' a crucial step closer, Aalto University
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Бешката
Трогателна среща в Москва на командирите на Союз и Аполо 40 години след скачването
dolivo
Нова храна за медоносните пчели, заместваща прашеца, дава надежда за оцеляването им
dolivo
Психеделици, сексуалност и себепознание: Какво разкрива първото проучване
dolivo
Полетът на Starliner до МКС през 2024 г. е бил много по-драматичен, отколкото знаем (видео)