Пересечение технологий, инноваций и творчества.

Денис Парфенов    | 2021.08.09

У двух величайших достижений современной физики - квантовой механики и общей теории относительности Эйнштейна - есть одна серьезная проблема: они не согласны. В результате физики оказываются в неловком положении, пытаясь объяснить Вселенную с помощью двух теорий, которые не вполне могут объяснить или объяснить друг друга.

Фактически, эти две теоретические основы различаются не только своей сложной математикой, но и основными способами их взгляда на мир. Как пишет Space.com, общая теория относительности рассматривает Вселенную как в основном гладкую и искривленную. То, что выглядит как острые края, - это просто зоны более быстрого изменения, такие как музыкальные ноты, записанные на пленку или старомодный винил.

Напротив, квантовая механика рассматривает Вселенную как по существу неровную и острую, как цифровую музыкальную запись. Даже переходы, которые кажутся плавными, при внимательном рассмотрении превращаются в серию крошечных, но резких изменений.

Большое и маленькое

В большинстве случаев эти очень разные подходы к природе не мешают друг другу. Теория относительности Эйнштейна, несмотря на ее популярную ассоциацию с ядерной энергией, в основном используется для объяснения того, как работает Вселенная в больших масштабах: физика бейсбольных мячей, планет, галактик. Квантовая механика, напротив, имеет дело с очень мелкими масштабами: атомные ядра и меньшие, вплоть до самых фундаментальных строительных блоков материи, кварков.

Явление, которое мы называем гравитацией, демонстрирует огромное влияние масштаба. Гравитация, наблюдаемая в больших масштабах, является самой мощной силой во Вселенной. Фактически, он сформировал Вселенную, заставив расширяющийся газ, оставшийся после Большого взрыва, сформировать галактики, а галактики, в свою очередь, сформировать звезды. Гравитация также заставляет некоторые из этих звезд коллапсировать в черные дыры, изолированные от остальной Вселенной гравитационными полями, настолько сильными, что даже свет не может уйти.

Однако гравитация также является удивительно слабой силой, на много порядков более слабой, чем любые другие фундаментальные силы природы, такие как магнетизм, которые, согласно PBS, идентифицировали физики. Таким образом, подковообразный магнит из магазина игрушек может поднять железный гвоздь, вытягивая всю гравитационную силу земли.

Как такое слабое может быть таким сильным? Для физиков, пытающихся разобраться во всем этом, этот парадокс - не единственная неприятная вещь в гравитации. Можно показать, что другие фундаментальные силы природы: электромагнетизм и две силы ядерного масштаба, известные как слабое и сильное ядерные взаимодействия, правильно работают как в рамках теории относительности, так и в рамках квантовой механики.

Злоключения в перенормировке

Когда математический метод, называемый перенормировкой, используется для демонстрации того, как это единство применяется к гравитации, он не работает. В рамках квантовой механики гравитация должна быть связана с теоретическими частицами, называемыми гравитонами. Но гравитоны, изменяя пространство, делают вычисления перенормировки бесконечно сложными, говорит Space.com.

По словам физика Нетты Энгельхардт, цитируемого на Space.com, введение гравитонов в стандартные вычисления перенормировки «фактически означает, что вам нужно бесконечное количество экспериментов, чтобы определить что-либо. Это нереальная теория ».

Разыскивается: теория квантовой гравитации

Физикам нужна более реалистичная теория - такая, которая позволяла бы проводить полезные эксперименты, чтобы они могли проверить теорию, чтобы увидеть, действительно ли она работает. Они еще не дошли до этого; Стэнфордская энциклопедия философии кратко описывает текущее состояние квантовой теории гравитации как «строящееся».

Но в то же время, если посмотреть на строительную площадку, можно предположить, что квантовая гравитация может иметь невероятные последствия. Согласно Live Science, применение эффектов квантовой гравитации к поведению космических кораблей, пролетающих через мощные гравитационные поля, может изменить причину и следствие - так что событие запускает более раннее событие, которое, в свою очередь, может вызвать исходное событие.

Если вы сможете перечитать это, не взрывая голову, у вас может быть большое будущее в теоретической физике.

И странности продолжают появляться. Согласно одной передовой теории, сообщает Science Alert, пространство-время не существует само по себе, а является продуктом квантовых сил, которые вытряхивают себя, подобно тому, как суп мисо оседает после того, как его переливают в миску.

На переднем крае современной физики нет ответов из учебников, которые вы могли бы найти в конце книги. Передовая наука - это поиск ответов на эти вопросы.

Денис Парфенов Автор статей

Постоянный автор и редактор новостных статей, посвященных гемблингу и спорту, фанат казино и карточных игр, независимый обозреватель спортивых мероприятий.