Вчені переосмислюють саму природу простору і часу

Природа простору і часу

Пара дослідників відкрила потенційний міст між загальною теорією відносності та квантової механікою - двома видатними фізичними теоріями - і це може змусити фізиків переосмислити саму природу простору і часу.

Теорія загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна описує гравітацію як геометричне властивість простору і часу. Чим масивніше об'єкт, тим більше його спотворення простору-часу і що спотворення відчувається як гравітація.

У 1970-х роках фізики Стівен Хокінг і Якоб Бекенштейн відзначали зв'язок між площею поверхні чорних дір і їх мікроскопічної квантової структурою, яка визначає їх ентропію. Це означало перше усвідомлення того, що існує зв'язок між теорією загальної теорії відносності і квантової механіки Ейнштейна.

Менш ніж через три десятиліття фізик-теоретик Хуан Мальдацена виявив ще одну зв'язок між гравітацією і квантовим світом. Цей зв'язок привела до створення моделі, в якій пропонується, що простір-час може бути створено або знищено, змінюючи кількість заплутування між різними поверхневими областями об'єкта.

Іншими словами, це означає, що сам простір-час, принаймні, як визначено в моделях, є продуктом переплетення між об'єктами.

Щоб продовжити вивчення цієї лінії мислення, ChunJun Cao і Шон Керролл з Каліфорнійського технологічного інституту (CalTech) вирішили подивитися, чи дійсно вони можуть отримати динамічні властивості гравітації (як відомо із загальної теорії відносності), використовуючи структуру в що простір-час виникає через квантового зчеплення. Їх дослідження були нещодавно опубліковані в arXiv.

Використовуючи абстрактне математичне поняття, зване Гільбертовим простором, Цао і Керролл змогли знайти схожість між рівняннями, які керують квантовим заплутуванням, і рівняннями загальної теорії відносності Ейнштейна. Це підтверджує ідею про те, що простір-час і гравітація виникають через заплутування.

Керролл сказав футуризму, що наступний крок в дослідженні - визначити точність припущень, зроблених для цього дослідження.

«Одним з найбільш очевидних є перевірка того, відновлюються чи симетрії відносності в цій структурі, зокрема, ідея про те, що закони фізики не залежать від того, наскільки швидко ви рухаєтеся в просторі», - сказав він.

Теорія всього

Сьогодні майже всі, що ми знаємо про фізичних аспектах нашого всесвіту, можна пояснити або загальною теорією відносності, або квантовою механікою. Перший робить велику роботу по поясненню активності на дуже великих масштабах, таких як планети або галактики, в той час як останній допомагає нам зрозуміти дуже маленькі, такі як атоми і субатомні частинки.

Однак дві теорії здаються несумісними один з одним. Це змусило фізиків шукати невловиму «теорію всього» - єдину структуру, яка пояснювала б все це, включаючи природу простору і часу.

Оскільки гравітація і простір-час є важливою частиною «всього», Керролл сказав, що він вважає, що дослідження, виконані ним і Цао, можуть сприяти пошуку теорії, яка примиряє загальну теорію відносності і квантову механіку. Проте, він зазначив, що документ дуету є спекулятивним і обмеженим за охопленням.

«Наші дослідження поки не говорять про інші сили природи, тому ми все ще досить далекі від« всього », - сказав він футуризму.

Проте, якби ми могли знайти таку теорію, це могло б допомогти нам відповісти на деякі з найбільших питань, що стоять сьогодні перед вченими. Ми зможемо нарешті зрозуміти справжню природу темної матерії, темної енергії, чорних дір і інших таємничих космічних об'єктів.

Вже зараз дослідники використовують здатність квантового світу радикально поліпшити наші обчислювальні системи, і теорія всього може потенційно прискорити процес, розкривши нові погляди на все ще в значній мірі заплутує світ.

У той час як прогрес теоретиків-фізиків в прагненні до теорії всього був «плямистим», за словами Керролла, кожен новий біт дослідження - спекулятивний чи ні - веде нас на один крок ближче до розкриття його і вступу в абсолютно нову еру в розумінні людства всесвіту.

Література: Новий вчений, arXiv