Наверное для читателей моего канала не станет новостью, что в настоящее время физика разделена на две успешные, но несовместимые теоретические концепции: квантовую теорию поля (КТП), которая объясняет микроскопический мир частиц и сил, и общую теорию относительности (ОТО), которая объясняет гравитацию как искривление пространства-времени.
Самое простое, что можно было бы сделать, чтобы объединить физику в общую логику - это найти гравитон. В простом смысле можно сказать, что проблемы начинаются из-за двух несовместимых предпосылок. Одна теория пытается всё делить на кванты и говорит, что именно кванты решают все проблемы, а вторая утверждает, что пространство и время, вроде, как не квантуются и гравитация определяется геометрией самого пространства.
Концепция «гравитона» — это теоретическая попытка преодолеть этот разрыв, рассматривая гравитацию так же, как и другие фундаментальные силы, то есть как поле, опосредованное ещё одной квантовой частицей.
Но когда физики пытаются провести математические расчеты для гравитона, используя стандартные правила квантовой теории поля, уравнения уходят в бесконечность. Корень проблемы кроется в том, как квантовая теория поля рассматривает элементарные частицы.
В стандартной квантовой механике фундаментальные частицы, такие как электроны и кварки, моделируются как нульмерные точки. Это прекрасно работает для электромагнетизма и ядерных сил. Но когда это применяется к гравитации, возникает физическое противоречие.
Согласно общей теории относительности, масса и энергия определяют кривизну пространства-времени. Если взять конечное количество массы-энергии и сжать его в истинную математическую точку с нулевым объемом, его плотность станет бесконечной. Эта бесконечная плотность создает бесконечную кривизну пространства-времени. На что это похоже? Правильно!На микроскопическую сингулярность или черную дыру.
Это создает проблему при попытке измерить гравитационное взаимодействие между точечными частицами. Для исследования поведения частицы на сколь угодно малых расстояниях принцип неопределенности Гейзенберга диктует необходимость использования зонда с чрезвычайно короткой длиной волны, что требует высокой энергии.
При попытке исследовать расстояния, приближающиеся к планковской длине (1.6×10^−35 )Чтобы увидеть, как взаимодействуют гравитоны точечных частиц (в метрах), энергия вашего зонда становится огромной. Поскольку энергия эквивалентна массе, концентрированная энергия самого зонда сильно искривляет окружающее пространство-время.
Прежде чем вы сможете достичь точечной частицы, эта массивная концентрация энергии вызовет гравитационный коллапс, доказывая, что гравитация в истинной нульмерной точке принципиально неизмерима.
Эта физическая невозможность напрямую приводит к математической проблеме. Когда теоретики квантового поля пытаются рассчитать взаимодействия гравитонов, они должны учитывать все возможные обмены энергией на этих бесконечно малых расстояниях.
В стандартных теориях, таких как электромагнетизм, физики используют метод, называемый «перенормализацией», чтобы скрыть некоторые бесконечности. Но гравитационная константа связи (постоянная Ньютона) зависит от энергии. По мере того, как энергия зондирующего импульса возрастает на меньших расстояниях, гравитационное взаимодействие усиливается, порождая каскад новых бесконечностей. Перенормализация полностью терпит неудачу, и теория теряет всю предсказательную силу.
Именно этот сбой заставляет физиков исследовать альтернативы, такие как теория струн, которая позволяет избежать проблемы бесконечной плотности, заменяя нульмерные точечные частицы одномерными вибрирующими петлями, тем самым размывая взаимодействие, так что коллапс черной дыры никогда не произойдет.
То есть для измерения гравитации обычным способом у точечной частицы вашему инструменту потребуется столько энергии, что он мгновенно породит микроскопическую черную дыру, поглотив именно ту частицу, которую вы пытаетесь наблюдать.
------------
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.