Теория относительности Эйнштейна описывала гравитацию как искажение пространства и времени, которые изгибаются и растягиваются в зависимости от массы объектов внутри них, а также энергии, выделяемой в результате явлений. Однако несколько лет спустя мы узнали о запутанном мире квантовой физики, когда ученые обнаружили существование очень маленьких частиц, которые, как позже выяснилось, влияют даже на самые большие и мощные явления во Вселенной.
Это привело к открытию частиц-носителей силы, или бозонов, стоящих за тремя фундаментальными силами, управляющими Вселенной: электромагнитное поле имеет фотоны, сильное ядерное взаимодействие имеет глюоны, а слабое взаимодействие переносится W- и Z-бозонами.
А что с гравитацией?
Физики выдвинули гипотезу, что, если остальные три фундаментальные силы имеют соответствующую квантовую теорию, то за гравитацией тоже должна стоять частица.
В попытке соединить гравитацию с квантовой теорией ученые придумали гипотетическую частицу — гравитон. Это должна быть безмассовая, стабильная частица со спином 2, двигающаяся со скоростью света.
На данный момент таких частиц обнаружить не удалось. И хотя гравитация в космических масштабах сильна, в масштабах малых она довольно слабая. Настолько слабая, что, когда магнит притягивает скрепку, скрепка преодолевает гравитационную силу всей планеты и движется в направления магнита. Это означает, что один гравитон — если он существует — должен быть очень слабым. И что бы его измерить нужен детектор размеров с Юпитер.
Теория струн и охота за гравитонами
Есть теория, которая предполагает, что гравитация на самом деле кажется слабой только оттуда, где мы существуем, потому что на самом деле она обладает способностью проходить более чем через три измерения одновременно и, следовательно, распространяется тонко.
Эта идея, после десятилетнего игнора из-за математических несоответствий, была пересмотрена и уточнена и в конечном итоге привела к тому, что сейчас известно как теория струн – наиболее многообещающий претендент на создание квантовой теории гравитации на сегодня. Это также наша лучшая надежда на объединение квантовой теории и общей теории относительности, самой большой проблемы в физике на протяжении многих лет.
В теории струн математические вычисления указывают на Вселенную с десятью измерениями пространства и одним измерением времени. Однако эти пространственные измерения слишком малы, чтобы их увидеть даже в микроскоп. Поэтому несколько групп физиков яростно охотятся за гравитоном в надежде поймать гипотетическую частицу в ловушку, но пока остаются с пустыми руками.
В квантовой физике есть много вещей, которые мы не понимаем и определение частиц и законов, которые ими управляют, может помочь нам использовать возможности, которыми гипотетически обладают квантовые явления. Доказать существование частицы, которая помогла бы разобраться во всем этом, - это мечта, которая осуществится еще, наверно, не скоро.
Заключение
Гравитоны - это теоретически обоснованная идея, но еще пока не доказанная. Поэтому, если вы слышите, как кто-то говорит, что гравитоны - это частицы, которые генерируют гравитационную силу, имейте в виду, что это разумное утверждение, но оно ни в коем случае не является общепринятым. Пройдет еще не мало времени, прежде чем гравитоны будут считаться частью установленного субатомного пантеона.