Как мы вообще можем представить, что у пространства есть геодезические линии?
Прежде всего, нам нужно понять, что представление о ткани и искривлении — это в основном инструменты, которые мы изобрели, чтобы помочь себе осмыслить эти явления. Эти физические теории — по сути, просто математические модели, описывающие, как все устроено на самом деле. В случае общей теории относительности (ОТО) эти модели дают довольно точные предсказания.
Концепция искривления проистекает из экстраполяции того, что мы хорошо понимаем. Если взять кусок ткани и представить, что он бесконечно тонкий, то он становится двумерной поверхностью, вложенной в трехмерное пространство. Эту поверхность можно согнуть и деформировать. Но если бы вы были двумерным существом, живущим на этой поверхности, она казалась бы вам плоской, потому что у вас не было бы способа наблюдать третье измерение. Объект, движущийся по этой ткани, изгибался бы и поворачивал так, что вам было бы трудно понять, почему он движется именно так. Однако для нас, трехмерных существ, наблюдающих за этой тканью, деформации очевидны. Мы сразу понимаем, почему объект движется таким образом.
Гравитация работает похожим образом. Объекты в пространстве отклоняют свои траектории в присутствии массивных гравитационных объектов — например, Луна вращается вокруг Земли. Но как это происходит? Ничто физически не тянет Луну к Земле — нет видимых частиц, нет веревок и тому подобного. Однако если предположить, что наше трехмерное пространство может искривляться и деформироваться в четырехмерной системе координат, то можно представить, как это работает. Так же, как размещение груза на двумерной ткани деформирует ее и изменяет пути движения объектов по ней (без явного взаимодействия частиц или связующих нитей), массивные объекты делают то же самое с трехмерным пространством. Земля искривляет трехмерное пространство, заставляя Луну двигаться по орбите.
Но является ли это искривление реальным? Мы не знаем. Я полагаю, что гравитация, скорее всего, является восходящим (emergent) явлением. Восходящие явления — это эффекты, возникающие из коллективного поведения более простых частей, но не существующие на уровне каждой отдельной части. Например, пробки на дорогах возникают из-за поведения отдельных машин, но не создаются какой-то одной машиной.
В микроскопическом масштабе частицы взаимодействуют через квантовые поля. Когда эти взаимодействия складываются в масштабе массивного объекта, например звезды, их коллективное влияние может «проявляться» как искривление пространства-времени, которое мы называем гравитацией. Возможно, гравитация не существует как отдельная сила, а является макроскопическим результатом множества мелких взаимодействий.
Существует теория под названием «энтропийная гравитация». Ее основная идея заключается в том, что гравитация может возникать из-за изменений энтропии (меры беспорядка или информации) во Вселенной. Когда частицы или массы движутся в пространстве, они вызывают изменения энтропии окружающего пространства. Эти изменения можно интерпретировать как силу, которая притягивает объекты друг к другу. Именно эту силу мы воспринимаем как гравитацию.
Подумайте о температуре в комнате. Если рассматривать температуру на уровне отдельных молекул, каждая молекула движется случайным образом. Но когда мы смотрим на большое количество молекул вместе, их коллективное движение воспринимается нами как температура. Таким же образом гравитация может быть эффектом коллективного поведения «информации», содержащейся в пространстве.
В любом случае, самое важное — это то, что модель ОТО достаточно хорошо работает, позволяя нам предсказывать вещи, которые раньше были нам неизвестны. Более того, и это признак хорошей модели, она предсказывает явления, которые мы даже не наблюдали до ее создания. Например, искривление света вокруг Солнца, гравитационное линзирование, замедление времени в гравитационном поле — все это было предсказано теорией, а затем подтверждено наблюдениями.
Таким образом, в основном это способ концептуализации физического явления, который позволяет нам понять взаимодействие объектов без необходимости наблюдать непосредственный обмен частицами или какой-либо иной информацией между ними.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos