Физики предложили революционный подход к объединению гравитации и квантовой механики — одной из самых сложных проблем современной науки. В статье, опубликованной в журнале Reports on Progress in Physics, исследователи из Университета Аалто (Финляндия) представили модель, которая обходится без экзотических концепций вроде струнной теории или дополнительных измерений.
Почему гравитация не вписывается в квантовый мир
Все фундаментальные силы — электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействие — успешно описываются квантовой теорией поля. Однако гравитация, сформулированная Эйнштейном в общей теории относительности (ОТО), остаётся классической. Попытки «квантовать» её приводят к математическим противоречиям: бесконечностям в уравнениях и отрицательным вероятностям.
«Ключевая идея нашей теории — переосмысление гравитационного поля в терминах, близких к стандартной квантовой теории поля», — объясняет Микко Партанен, соавтор исследования.
Четыре поля вместо искривлённого пространства-времени
В новой модели гравитация возникает не из-за деформации пространства-времени, а благодаря взаимодействию четырёх полей, аналогичных электромагнитному. Эти поля:
- Реагируют на массу так же, как электромагнитное поле — на заряд.
- Взаимодействуют между собой и с полями Стандартной модели.
- Воспроизводят ОТО на макроуровне, но допускают квантовые эффекты.
Главное преимущество — отсутствие свободных параметров. Теория использует только известные физические константы, в отличие от гипотез, требующих новых частиц или измерений.
Проблемы, которые ещё предстоит решить
Хотя модель избегает классических парадоксов квантовой гравитации, её предсказания пока не проверены экспериментально. Сложность в том, что гравитационное взаимодействие крайне слабое. Современные приборы не способны уловить его квантовые проявления.
- Теория не объясняет природу сингулярностей чёрных дыр.
- Не описывает физику Большого взрыва.
- Требует дополнительных расчётов для подтверждения внутренней непротиворечивости.
Когда ждать прорыва
По словам Юкки Тулкки, соавтора работы, первые косвенные подтверждения могут появиться в ближайшие годы благодаря астрофизическим наблюдениям. Прямые тесты займут десятилетия. Однако если теория верна, она станет первым шагом к созданию «Теории всего» — единого описания всех фундаментальных взаимодействий.