Новая теория гравитации вызвала переполох в мире физики

В основе современной физики лежит пропасть, которую ученые пытаются преодолеть более столетия. Квантовая механика дает, по-видимому, безупречное описание законов, происходящих на атомном уровне, а общая теории относительности Альберта Эйнштейна еще не ошибалась в своих предсказаниях того, как гравитация влияет на космические события. Но эти две теории фундаментально несовместимы.

Один из ведущих физиков профессор Джонатан Оппенгейм из Университетского колледжа Лондона (UCL) предложил новую теорию, известную как «постквантовая теория классической гравитации», которая, по его словам, могла бы объединить эти два столпа физики посредством радикального переосмысления природы пространства-времени. Вместо предсказуемого течения времени, согласно «постквантовой теории классической гравитации», скорость течения времени будет хаотично колебаться. А еще, темная материя и темная энергия не нужны для объяснения расширения Вселенной и вращения галактик. Теорию предстоит тщательно проверить, но последние утверждения вызывают переполох в мире физики. Пишет корреспондент Science в The Guardian.

Объединение теорий

До сих пор преобладающим предположением было то, что теория гравитации Эйнштейна должна быть модифицирована или «квантована», чтобы соответствовать квантовой теории. Это подход теории струн, который выдвигает точку зрения, что пространство-время состоит из 10, 11 или, возможно, 26 измерений. Другой вариант — это петлевая квантовая гравитация, в которой пространство-время состоит из конечных петель, сплетенных в чрезвычайно тонкую ткань.

Теория Оппенгейма, опубликованная в журнале Physical Review X, бросает вызов общепринятому мнению, предполагая, что пространство-время может быть классическим и вообще не подчиняться квантовой теории. Это означает, что пространство-время, как бы близко вы его ни приближали, будет гладким и непрерывным, а не «квантованным» в дискретные единицы. Однако Оппенгейм выдвигает идею о том, что пространство-время по своей сути нестабильно и подвержено случайным флуктуациям, которые приводят к внутреннему нарушению предсказуемости.

Темная материя

Согласно общепринятым научным представлениям, темная материя составляет 85% массы Вселенной. Многочисленные наблюдения позволили предположить, что за расширением Вселенной стоит темная энергия, а темная материя объясняет вращение галактик. Исходя только из наблюдений за видимой материей, гравитация должна уменьшаться с удалением от галактического центра, и, следовательно, вращение звезд должно уменьшаться. Однако орбитальное движение звезд на краях галактик не уменьшается. Физики пришли к выводу, что на их движение влияет гравитационное притяжение, оказываемое окружающей темной материей.

Но  многочисленные эксперименты, подобные тем, что проводятся на Большом адронном коллайдере (БАК), пока не позволяют наблюдать темную энергию напрямую.

Сторонники радикально новой теории гравитации, говорят, что их подход может сделать неуловимое вещество устаревшим. Предложение, изложенное в новой статье, поднимает спорную возможность того, что темная материя, которую никогда не наблюдали напрямую, является миражом, за которым значительная часть физического сообщества гоняется уже несколько десятилетий.

Анонсируя статью, профессор Джонатан Оппенгейм сказал:

«Мы показываем, что наша теория гравитации… может объяснить расширение Вселенной и вращение галактик без использования темной материи или темной энергии».

Существует множество доказательств существования темной материи, но ее природа остается загадочной. В прошлом году Европейское космическое агентство запустило миссию «Евклид» с целью создания космической карты темной материи. Последняя статья, опубликованная на веб-сайте Arxiv и еще не прошедшая рецензирование, поднимает вопрос о том, существует ли она вообще, проводя параллели между темной материей и ошибочными концепциями прошлого, такими как «эфир» — невидимой субстанцией, пронизывающей все пространство.

 «В отсутствие каких-либо прямых доказательств существования темной энергии или темной материи естественно задаться вопросом, могут ли они быть ненужными научными конструкциями, такими как небесные сферы, эфир или планета Вулкан, которые все были заменены более простыми объяснениями, — говорится в статье. — Гравитация имеет долгую историю обмана».

В этом случае предлагается более простое объяснение — это «постквантовая теория классической гравитации» Оппенгейма, которая рассматривает ткань пространства-времени как гладкую и непрерывную (классическую), но по своей сути шаткую. Скорость течения времени будет беспорядочно колебаться, как журчащий поток, пространство беспорядочно искажается, а время расходится в разных частях Вселенной. Теория также предполагает внутреннее нарушение предсказуемости.

В статье Оппенгейма и Андреа Руссо, кандидата наук из UCL, утверждается, что такой взгляд на Вселенную может объяснить важные наблюдения вращающихся галактик, которые привели к «открытию» темной материи. Звезды на краях галактик, где гравитация, как ожидается, будет самой слабой, исходя из видимой материи, должны вращаться медленнее, чем звезды в центре. Но на самом деле орбитальное движение звезд не прекращается. Из этого астрономы сделали вывод о наличии ореола невидимой (темной) материи, оказывающего гравитационное притяжение.

В подходе Оппенгейма дополнительная энергия, необходимая для удержания звезд на орбите, обеспечивается случайными флуктуациями пространства-времени, которые, по сути, добавляют фоновый гул гравитации. Согласно этому принципу, эти флуктуации были бы достаточно велики, чтобы поддерживать движение звезд на краю галактик и заставлять Вселенную расширяться (вместо темной материи и энергии). Следует, однако, отметить, что этот эффект был бы незначительным в явлениях, требующих сильного гравитационного взаимодействия, таких как поддержание планет на орбите вокруг Солнца. Тем не менее, в областях со слабой гравитацией (например, на краях галактики) флуктуации пространства-времени будут достаточно велики, чтобы в совокупности объяснить большую часть энергии во Вселенной.

 «Мы показываем, что это может объяснить расширение Вселенной и кривые вращения галактик без необходимости использования темной материи или темной энергии, — сказал Оппенгейм на X. — Однако мы призываем к осторожности, поскольку существуют и другие косвенные доказательства существования темной материи. Поэтому необходимы дальнейшие расчеты и сравнение с данными. Но если наша теория окажется верной, что 95% энергии во Вселенной обусловлено неустойчивой природой пространства-времени, то это будет свидетельствовать либо о фундаментальном нарушении предсказуемости физики, либо о том, что мы погружены в среду, которая не подчиняется законам классической или квантовой теории».

С новой теорией согласны не все, включая известных теоретиков профессора Карло Ровелли и профессора Джеффа Пенингтона, которые подписали с Оппенгеймом пари с коэффициентом 5000:1 против того, что его теория окажется верной.

«Я думаю, это хорошо, что физики исследуют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией, — сказал Пенингтон. — Лично я не думаю, что конкретно этот подход будет верным».

Другие настроены с большим энтузиазмом.

«Я думаю, что авторы здесь делают что-то действительно интересное, исследуя некоторые красивые и новые идеи, — сказал профессор Эндрю Понтцен, космолог из Университетского колледжа Лондона. — Однако проблема замены темной материи заключается в том, что существует очень много различных доказательств ее присутствия. Пока они рассмотрели только одну из линий. Только время покажет, смогут ли новые идеи действительно объяснить огромное разнообразие явлений, указывающих на темную материю».

_____________________________________________________

✒️Подписывайтесь на наш Telegram-канал и смотрите видео
на канале в YouTube

📩Прислать статью [email protected]
📩Написать редактору [email protected]

✒️Читайте нас на Яндекс Дзен
📩У нас есть страница на Facebook и Вконтакте
📩Журнал «Гранит Науки» в Тeletype