Физики исключили искривление пространства-времени из квантовой гравитации

Фото из открытых источников

Учёные продолжают попытки объединить квантовую теорию и гравитацию. Пока получается не очень убедительно. Авторы нового исследования предлагают рассмотреть гравитацию так же, как другие фундаментальные силы природы — через симметрии и поля.

Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как искривление пространства-времени. Это попытка объяснить движение и взаимодействие планет, звезд и других небесных тел. Квантовая механика занимается описанием мироздания на примерах атомов и субатомных частиц. Эти теории логично работает по отдельности, но пока никак не удаётся их «свести к единому знаменателю». 

Учёные надеются, что объединение теорий станет отправной точкой в решении ряда фундаментальных проблем современной науки, таких как загадка космологической постоянной и сингулярности в момент Большого взрыва.

Авторами нового исследования, что опубликовано в журнале Reports on Progress in Physics, сделана попытка посмотреть на гравитацию как на калибровочную теорию с четырьмя U(1)-симметриями, аналогично электромагнитным, слабым и сильным взаимодействиям (фундаментальным силам природы). 

Теоретической модели дали название «унифицированной гравитации». Авторы надеются, что она дополнит геометрическую картину Эйнштейна компактной и квантово-сочетаемой структурой. Здесь базовая роль отведена полю размерности пространства-времени (space-time dimension field) — скалярному полю, выступающему связующим звеном между внутренними симметриями Стандартной модели и ОТО.  

Если в классической теории гравитации пространство-время является динамической структурой, то поле размерности – это дополнительная «степень свободы», способная взаимодействовать с другими полями через симметрии U(1), которые остаются одними из самых простых и фундаментальных разновидностей симметрий в теоретической физике.

С ее помощью специалисты из финского Университета Аалто построили калибровочную модель гравитации (unified gravity), где нет искривленного пространства. Расчеты показали: теория потенциально лишена бесконечностей, которые мешают объединению. Также физикам удалось разработать правила для гравитона. Это гипотетический квант гравитации, взаимодействующий с другими частицами. Тем самым учёные сделали свою работу амбициозной заявкой на создание теории всего. 

Но не всё так оптимистично. Модель не подкреплена реальными наблюдениями, да и структуры с несколькими U(1)-симметриями и дополнительными полями слабо поддаются математическому анализу. Наконец, неясно, будет ли модель совместима с ОТО и Стандартной моделью при экстремальных условиях. То есть, новация финских ученых, оставаясь весьма перспективной, всё же покалишь гипотетическая.