Появилась теория, объясняющая почему тела притягиваются друг к другу.
Гравитация — это та сила, которая правит бал во Вселенной. Она удерживает все предметы на Земле, определяет параметры орбит планет, обеспечивает устойчивость нашей Солнечной системы, да и самой Галактики, не позволяя звёздам покинуть её.
Гравитация играет основную роль во взаимодействии звёздного населения Вселенной, определяя их прошлое, настоящее и будущее. Она всегда притягивает всё видимое и не видимое, действуя абсолютно на все.
И хотя гравитация была открыта сравнительно давно, а законы её описывающие были сформулированы ещё в XVII веке, она до сих пор остается тайной за семью печатями. Из четырех фундаментальных взаимодействий, на которых базируются наши представления о мироустройстве, гравитация, несомненно, самая загадочная. Она описывается Общей теорией относительности Эйнштейна, предсказывающей, кроме всего прочего, существование гравитационных волн, кстати, недавно зарегистрированных.
Закон всемирного тяготения, открытый Исааком Ньютоном описывал гравитацию как силу взаимного притяжения между всеми материальными во Вселенной. Классическая формула гласит, что величина ее прямо пропорциональна массам взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими телами. С помощью закона всемирного тяготения можно не только описать орбиты движение тел, но и рассчитать траектории космических аппаратов, время стыковок на космических орбитах, окон запусков космических ракет к планетам Солнечной системы.
Как действует этот закон, в принципе понятно, но вот причина, вызывающая притяжение масс, до сих пор остаётся в основном не понятой. В голове плохо укладывается понимание того, как ничем не связанные между собой планеты, звезды и галактики, удаленные друг от друга на колоссальные расстояния, «узнают» о существовании друг друга. И даже сегодня, через три столетия после великого открытия Ньютона, все еще не существует полного понимания этого явления.
Среди двух существующих теорий, объясняющих окружающую нас действительность, квантовая теория обращается к взаимодействию между элементарными частицами материи, а общая теория относительности наоборот апеллирует к крупнейшим структурам во всей Вселенной. Со времен Эйнштейна физики пытались преодолеть разрыв между этими учениями, но пока с переменным успехом.
Один из способов согласования гравитации с квантовой теорией заключался в том, чтобы показать, что в основе гравитации тоже лежат элементарные частицы материи, кванты. Этот принцип можно сравнить с тем, как кванты света, фотоны, представляют собой электромагнитную волну. У ученых не было достаточно данных да подобной аналогии и чтобы подтвердить это предположение физик Антуан Тиллой из института им. Макса Планка в немецком Гархинге, попробовал описать гравитацию руководствуясь квантовой механикой.
Известно, что в квантовой механике состояние частицы описывается ее волновой функцией. Она, к примеру, позволяет рассчитать вероятность нахождения частицы в той или иной точке пространства. Но вот перед таким измерением неясно не только то, где в данный момент находится частица, но и то, существует ли она на самом деле. И тогда сам факт измерения буквально рождает реальность, «разрушая» волновую функцию. Но квантовая механика редко обращается к измерениям — поэтому-то она и является наверное самой спорной область теоретической физики. Для примера отлично подойдёт парадокс Шрёдингера: вы не сможете разрешить его, пока не произведете измерение, открыв коробку и выяснив, жив в ней кот или нет. (Кот Шрёдингера — мысленный эксперимент, предложенный австрийским физиком-теоретиком, одним из главных создателей квантовой механики, Эрвином Шрёдингером, которым он хотел показать ущербность квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим.)
В качестве одного из решений такого парадокса была предложена так называемая модель GRW, которая появилась в конце восьмидесятых годов прошлого столетия. Эта теория включает в себя такое явление, как «вспышки» — спонтанные коллапсы волновой функции квантовых систем. Результат ее применения точно такой же, как если бы измерения были проведены без наблюдателей как таковых. Учёный видоизменил ее, чтобы показать, как можно выйти на теорию гравитации. В его случае вспышка, разрушающая волновую функцию и заставляющую частицу тем самым находиться в одном месте, создает гравитационное поле в этот момент в пространстве-времени. Чем больше квантовая система — тем больше в ней будет частиц и тем чаще будут случаться вспышки, генерируя тем самым флуктуирующее гравитационное поле.
Самое любопытное во всей этой теории то, что среднее значение этих флуктуаций и является тем самым гравитационным полем, которое описывает теория гравитации Ньютона. Такое объединение гравитации с квантовой механикой носит название околоклассического: в нём гравитация возникает из квантовых процессов, но действует как сугубо классическая сила.
Ряд специалистов, не принимавших участия в разработке теории, относится к ней с критикой и справедливо указывают на то, что для того, чтобы эта концепция легла в основу единой теории, объединяющей и объясняющей природу всех фундаментальных взаимодействий, необходимо будет решить еще целый ряд задач. Например, идеи Тиллоя точно можно будет использовать для описания ньютоновской силы тяжести, а вот ее соответствие гравитационной теории еще предстоит проверить.
К примеру, новая теория предсказывает, что гравитация должна себя вести по разному в зависимости от масштабов взаимодействующих объектов — для атомов и для нейтронных звёзд или черных дыр правила могут сильно отличаться. Но в любом случае, если дальнейшие исследования смогут доказать, что модель немецкого физика справедлива, а гравитация и в самом деле является следствием квантовых флуктуаций, то это позволит учёным осмыслить окружающую нас Вселенную на совершенно ином уровне.
При всём притом надо отметить, что на данный момент существуют и продолжают появляться новые, альтернативные гипотезы, описывающие природу гравитации. Сейчас из них выделено семь различных направлений, каждое из которых пытается устранить существующие в ОТО проблемы, например релятивистская теория гравитации Логунова…