Из всех сил во Вселенной гравитация - это то, с чем мы знакомы ближе всего. Каждый раз когда вы встаете с кровати, поднимаете чашку кофе или даже просто стоите, вы чувствуете ее. Поэтому вас может удивить, что из всех сил во Вселенной гравитацию также труднее всего объяснить с научной точки зрения. Чтобы понять, почему, вам нужно обратиться к теории относительности и квантовой механике. Ее тайны до сих пор пытаются разгадать ученые.
Гравитация хочет сбить вас с толку
Гравитация является одной из четырех основных сил Стандартной модели. Существует известный комикс, где один персонаж пытается объяснить эти силы другому герою, начиная с простого представления гравитации и электромагнетизма. Он начинает говорить о высоком показателе ядерной силы. Но как только добирается до низкого его уровня, то может только бессвязно бормотать. В альтернативном тексте комикса он говорит: «Из этих четырех фундаментальных сил есть одна, которую мы на самом деле не понимаем». Другой персонаж начинает отвечать: «Это высокий или низкий уровень ядерной силы… Это гравитация».
Это довольно хорошо объясняет причудливую природу того, что мы делаем и чего не понимаем во Вселенной. Мы можем определить, из чего состоит материя вплоть до субатомного уровня, и как высокая и низкая ядерная сила удерживают эти частицы вместе. Мы знаем, что электромагнитная сила связывает заряженные частицы.
Самая загадочная сила
Но что же такое гравитация? Это совершенно другое дело. Она намного слабее, чем другие три силы. Например, электромагнитная сила, отталкивающая два положительно заряженных протона, в 1036 раз больше, чем гравитация, сближающая их. И в то время как у любой другой силы есть противоположность (толчок и притяжение), гравитация только притягивает. Эта сила - самая таинственная из всех, что у нас есть.
Это не значит, что мы не понимаем гравитации на практике. Законы движения Ньютона отлично работают при падении яблока и при ускорении поездов. Проблема в том, что они распадаются, когда вещи становятся слишком маленькими или слишком большими, что затрудняет понимание таких объектов, как атомы и черные дыры.
Относительность против квантовой механики
Проблема с гравитацией сводится к конфликту между двумя лучшими правилами, которые мы имеем: общей теорией относительности Эйнштейна и квантовой механикой. Последняя проста, условно говоря. Она сосредотачивается на взаимодействиях между отдельными вещами и предполагает, что течение времени и форма пространства по большей части фиксированы. Но теория относительности говорит, что все эти взаимодействия происходят в структуре пространства-времени, которая может изгибаться и растягиваться в зависимости от того, что производит взаимодействие.
Поэтому когда вы смотрите на силу гравитации между, скажем, фотоном и электроном, это очень важно учитывать. Вы должны понимать не только каждое возможное квантовое взаимодействие между ними, но также все допустимые конфигурации базового пространства-времени. А это довольно сложно. Представить подобное можно при помощи компьютерного моделирования. Хотя с гравитацией мы имеем дело каждый день.