Представен е нов подход, който извежда гравитацията от квантовата относителна ентропия, запълвайки пропастта между две от най-фундаменталните, но на пръв поглед несъвместими теории във физиката: квантовата механика и Общата теория на относителността на Айнщайн.
В ново изследване, озаглавено "Гравитация от ентропията", се предлага нова рамка, която може да направи революция в разбирането ни за гравитацията и връзката ѝ с квантовата механика.
В продължение на десетилетия физиците се опитват да съчетаят принципите на квантовата механика с тези на Общата теория на относителността. Докато квантовата механика управлява поведението на частиците в най-малките мащаби, Общата теория на относителността описва силата на гравитацията в космически мащаби. Обединяването на тези две рамки е една от най-неуловимите цели в съвременната наука.
Новият подход третира структурата на пространство-времето като квантова система, свързваща гравитацията с теорията на информацията. Установявайки връзка между квантовата механика, статистическата механика и Общата теория на относителността, това изследвне отваря нови пътища за разбиране на черните дупки, тъмната материя и тъканта на самата Вселена.
Ролята на ентропията в гравитацията
Връзката между гравитацията и ентропията не е ново откритие. Предишни изследвания показват, че черните дупки имат ентропия и излъчват радиация, явления, които намекват за по-дълбоки връзки между теорията на информацията и геометрията на пространство-времето. Холографският принцип, ентропията на вплитането са допринесли за тази нарастваща област на изследване.
Черните дупки имат ентропия и излъчват радиация, явления, които намекват за по-дълбоки връзки между теорията на информацията и геометрията на пространство-времето. Кредит: Getty images
Новото проучване, публикувано в Physical Review D от Джинестра Бианкони (Ginestra Bianconi), професор по приложна математика в Лондонския университет "Куин Мери", се основава на тези идеи, като третира метриката на пространство-времето като квантов оператор. (В математиката метричното пространство е множество, в което е определено разстоянието между всяка двойка елементи. А метриката е функция, задаваща разстоянието между елементите на дадено множество)
Тази концепция преформулира гравитацията, използвайки квантова относителна ентропия, мярка, която количествено определя колко различни са две квантови състояния. В този случай тя описва разликата между естествената метрика на пространство-времето и метриката, повлияна от полетата на материята.
Този подход на статистическата механика модифицира уравненията на Айнщайн. При определени условия тези модифицирани уравнения все още дават познатите резултати от Общата теория на относителността. Въпреки това, моделът също така прогнозира малка, положителна космологична константа - в съответствие с наблюдаваното ускорено разширяване на Вселената.
За разлика от предишни опити за обединяване на гравитацията и квантовата механика, тази рамка естествено включва термин, който съвпада по-точно с експерименталните данни.
Ролята на ентропията и G-полето
Важна характеристика на този модел е въвеждането на спомагателно поле, наречено като G-поле. Това поле функционира като множител на Лагранж*, налагайки ограничения за това как индуцираните от материята показатели влияят на кривината на пространство-времето. По същество то прецизира връзката между геометрията и материята.
* С помощта на множителите на Лагранж може да се намери минимум или максимум на дадена функция f ( x ; y ; … ) при наличие на ограничения върху аргументите.
Последиците от G-полето се простират отвъд гравитацията. Може да предостави нови прозрения за тъмната материя, невидимата маса, която влияе върху образуването и движението на галактиките. Въпреки десетилетия косвени доказателства, учените все още не са открили директно частици тъмна материя. G-полето може да предложи алтернативно обяснение, предефинирайки начина, по който физиците подхождат към тази космическа мистерия.
"Тази работа предлага, че квантовата гравитация има ентропиен произход и предполага, че G-полето може да е кандидат за тъмна материя", обяснява професор Бианкони. "Освен това възникващата космологична константа, предсказана от нашия модел, би могла да помогне за разрешаване на несъответствието между теоретичните прогнози и експерименталните наблюдения на разширяването на Вселената."
Схематично представяне на действието на ентропийната квантова гравитация. Действието на гравитацията се определя от квантовата относителна ентропия между метриката на многообразието и метриката, индуцирана от полето на материята и геометрията. Кредит: Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/PhysRevD.111.066001
Стъпка към квантовата гравитация
За разлика от много предишни теории, тази рамка избягва обичайните капани, свързани с дискретните модели на гравитацията. По-ранните подходи често се борят да дефинират кривината в сложни мрежови структури. Възприемайки континуумен подход, моделът на Бианкони поддържа инвариантността на Лоренц - фундаментална симетрия на пространство-времето, необходима за съвместимостта с известната физика.
Теорията също така се основава на добре установени принципи в квантовата теория на полето. Тя заимства от уравнението на Дирак-Келер, което придобива популярност в решетъчната калибровъчна теория и теорията на мрежите, при които пространство-времето е дискретизирано в решетка или мрежа от графи. Чрез описване на полета на бозонова материя, използвайки диференциални форми на риманово многообразие, този модел интегрира съществуващи математически инструменти в нова гравитационна рамка.
Друго основно предимство на тази теория е способността й да осигури естествена връзка между класическата и квантовата физика. При конвенционалните подходи към квантовата гравитация изследователите често се сблъскват с трудности, когато се опитват да опишат пространство-времето в микроскопични мащаби.
Подходът на Бианкони, като третира пространство-времето като квантов оператор, управляван от ентропията, заобикаля много от тези проблеми. Вместо да изисква изцяло нова математика, той използва съществуващи инструменти от квантовата теория на информацията, което улеснява сравнението с установените физически закони.
Термодинамика на черната дупка
Този модел също предлага прозрения за термодинамиката на черните дупки. Традиционните теории предполагат, че черните дупки съхраняват информация в своите хоризонти на събитията, но подробностите остават неясни.
Тъй като тази рамка изгражда гравитацията директно от ентропията , тя може да помогне да се обясни как информацията се запазва и прехвърля в екстремни гравитационни среди. Бъдещите изследвания биха могли да приложат тази теория, за да разберат по-добре парадокса на защитната стена и съдбата на информацията, която попада в черна дупка.
Освен това рамката предполага, че кривината на пространство-времето може да възникне от фундаменталните квантови принципи, вместо да се приема като изходно условие. Това е в съответствие с идеята, че самата гравитация може да не е фундаментална сила, а по-скоро статистически резултат от по-дълбоки квантови взаимодействия.
Традиционните теории предполагат, че черните дупки съхраняват информация в своите хоризонти на събитията. Кредит: http://universe-review.ca/R15-17-relativity07.htm
Ако тази хипотеза е вярна, тя може да промени начина, по който физиците подхождат към теориите за ранната вселена, квантовата космология и дори изследването на гравитационните вълни.
Въпреки че все още е в ранен етап, този подход има потенциала да преодолее пропастта между квантовата механика и Общата теория на относителността. Ако по-нататъшни изследвания потвърдят неговите прогнози, това може да промени нашето разбиране за черните дупки, пространство-времето и фундаменталната природа на реалността.
По-широки последици и бъдещи насоки
Предизвикателството за обединяване на гравитацията с квантовата механика остава обезсърчително. Работата на Бианкони обаче предоставя нова перспектива, като интерпретира гравитацията през призмата на теорията на информацията. Въвеждането на G-полето и потенциалната му връзка с тъмната материя правят тази теория особено убедителна.
G-полетата могат да осигурят нови прозрения за тъмната материя, невидимата маса, която влияе върху образуването и движението на галактиките. Кредит: CC BY-SA 4.0)
Въпреки че са необходими допълнителни изследвания, за да се проучат напълно последиците от тази теория, изследването представлява значителна стъпка напред в стремежа да се разбере фундаменталната природа на Вселената.
Бъдещите изследвания ще се съсредоточат върху тестване на прогнозите на модела спрямо данни от наблюдения и изследване на неговите последици за термодинамиката на черните дупки , космологията на ранната вселена и науката за квантовата информация.
Ако успее, този подход може да революционизира физиката, хвърляйки нова светлина върху най-фундаменталните сили, които управляват Вселената.
Справка: Ginestra Bianconi, Gravity from entropy, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/PhysRevD.111.066001
Източници:
Gravity from entropy: A radical new approach to unifying quantum mechanics and general relativity, Queen Mary, University of London
Gravity from Entropy: Breakthrough Theory Links Quantum Mechanics and Relativity, The Brighter Side of News.
Още по темата
Космос
Черни дупки може да се образуват без сингулярности, само чрез чиста гравитация
Физика
Физици откриват какво се крие в сърцевината на черна дупка
Космос
Не е имало Голям взрив? Квантово уравнение показва, че Вселената няма начало и край
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Древните араби са използвали психоактивно растение преди 2700 години
dolivo
Китай инсталира прекъсвачи в слънчеви панели, продавани на Запад
dapeev
Учени предлагат край на притеснителната сингулярност на черните дупки
Бешката
Трогателна среща в Москва на командирите на Союз и Аполо 40 години след скачването