Разделение времени и пространства. Новая квантовая теория отвергает пространство-время Эйнштейна
 Закат Эйнштейна? Солнечное затмение подтвердило гравитационное линзирование и концепцию Эйнштейна о пространстве-времени. Но новая теория квантовой гравитации создает деление пространства-времени. (Снимок НАСА) (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Физики уже десятилетия пытаются поженить квантовую теорию с гравитацией. Другие силы природы покорно подчинились. Например, электромагнитные силы могут быть описаны квантово-механически движением фотонов. Однако попытка описания гравитационных сил между двумя объектами в терминах гравитонов столкнется с проблемой, ответ на все расчеты бесконечность. Но теперь Петр Хорава (Petr Hořava) физик из Калифорнийского Университета (Беркли) считает, что понимает в чем проблема.
Проблема в способе, которым в общей теории относительности (ОТО) связано время и пространство. Эйнштейн лихо низверг ньютоновское абсолютное время, с его независимым тиканьем на заднем плане. Он утверждал, что время еще одно измерение сплетенное вместе с пространством в пластичную ткань, которая искривляется материей. Загвоздка в том, что в квантовой теории время сохраняет ньютоновское равнодушие, несмотря на любые танцы материи. Эти две концепции времени не склеиваются.
Решение Хоравы состоит в том, чтобы разрезать нити, связывающие время и пространство при очень высоких энергиях. Такие высокие энергии обнаружены в ранней Вселенной, где господствовала квантовая гравитация. Он возвращается к идеи Ньютона, что время и пространство не эквивалентны.
Это подобно способу, которым некоторые вещества меняют фазу. Например, при низких температурах резко меняются свойства жидкого гелия - он становится сверхтекучим. Для создания своей теории гравитации Хорава использовал математику экзотических фазовых переходов и это, кажется, работает. Бесконечности, что изводят другие теории квантовой гравитации, приручены. Теория выдает "хороший" гравитон. Она также соотносится с компьютерным моделированием квантовой гравитации.
Теория Хоравы была предложена в январе и привела научные круги в волнение. Для ее обсуждения в ноября была проведена встреча ученых в Канадском Институте Теоретической Физики (Perimeter Institute for Theoretical Physics, Ontario). В частности, физики проверяли описывает ли теория наблюдаемую сегодня Вселенную. В свое время ОТО выиграла бой нокаутом, предсказав движение Меркурия с большей точностью, чем могла теория гравитации Ньютона.
Может ли теория гравитации Хоравы претендовать на тот же успех? Первый предварительный ответ - многообещающее "да". Франциско Лобо (Francisco Lobo) из Лиссабонского Университета с коллегами установил хорошее соответствие теории с наблюдаемым движением планет.
Другие ученые сделали еще более смелые заявления по теории Хоравы касательно сингулярности большого взрыва, где законы физики "ломаются".
Согласно работе Роберта Брэнденберджера (Robert Brandenberger) из Университета Макгилла (McGill University), опубликованной в августе в журнале Physical Review D, если теория Хоравы верна, то Вселенная не взорвалась, а отскочила. Вселенная, заполненная материей, будет сжиматься до небольших, но конечных размеров, после чего отскочит, давая наблюдаемое сегодня расширение космоса (более подробно про процесс отскока - В погоне за скучающей Вселенной. В мире науки №1 2009). Расчеты Брэнденберджера показывают, что рябь созданная отскоком по теории Хоравы соответствует спутниковым наблюдениям реликтового излучения. И теперь он ищет подпись, различия в данных способные отличить сценарий отскока от большого взрыва.
Шиньи Мукохьяма (Shinji Mukohyama) космолог из Токийского Университета считает, что гравитация Хоравы могла создать "иллюзию темной материи". В своей статье, опубликованной в сентябре в журнале Physical Review D, он поясняет, что при определенных условиях гравитон Хоравы колеблется, взаимодействуя с обычной материей, создавая тяжести немного больше, чем ожидается в соответствии с ОТО. Данный эффект может заставить галактики казаться более массивными, чем масса наблюдаемой в них материя.
Кроме того, космолог Му Ин Парк из Сеульского Национального Университета Чонбук полагает, что гравитация Хоравы может быть также ответственна за ускоренное расширение Вселенной, в настоящее время отнесенное к темной энергии. В основе понятия о темной энергии лежат представления, что пустое пространство содержит внутреннюю энергию, расталкивающую Вселенную во все стороны. В соответствии с Парком, эта внутренняя энергия не может быть объяснена ОТО, но естественно вытекает из уравнений гравитации Хоравы.
И все же, теория Хоравы далека от совершенства. Диего Блэс (Diego Blas) исследователь квантовой гравитации из Швейцарского Федерального Технологического Института (Лозанна) нашел "скрытую болезнь" теории при перепроверке расчетов по Солнечной Системе. Большинство физиков рассматривали идеальные случаи, например, что Земля и Солнце имеют форму шара. Он же проверил более реалистичные случаи, когда поверхность Солнца почти, но не точно сфера. ОТО дает в значительной степени один и тот же результат для обоих случаев. Однако теория гравитации Хоравы при более реалистичном форме поверхности показывает значительно другие результаты.
Блэс вместе с Сибиряковым (сотрудником Швейцарского Федерального Технологического Института и ЦЕРНа) переформулировал теорию Хоравы, чтобы возвратить ее на линию ОТО. Сибиряков представил модель группы в сентябре на встрече во Франции.
Сам Хорава приветствовал внесенные изменение, отметив, что никогда не утверждал, что создал окончательную теорию. Он хотел бы чтоб другие люди проверили ее и усовершенствовали.
Гиа Двэли (Gia Dvali) эксперт по квантовой гравитации ЦЕРНа осторожен в оценках. Несколько лет назад он попробовал тот же прием (делить на части пространство-время) для объяснения темной энергии. Однако он отказался от своей модели, так как она позволяла сверхсветовое перемещение информации.
"Моя интуиция говорит, что у любых таких моделей будут нежелательные побочные эффекты. Однако если таких эффектов нет, то к данным теориям следует отнестись очень серьезно", - заявил Двэли.
Источники: