(pixelparticle/Getty Images) V posledných desaťročiach svojho života Albert Einstein dúfal, že sa zjednotí jeho opis gravitácie s existujúcimi modelmi elektromagnetizmu v rámci jednej hlavnej teórie.
Je to hľadanie, ktoré teoretických fyzikov trápi dodnes. Dva z našich najlepších modelov reality – Einsteinove všeobecná teória relativity a zákony kvantovej mechaniky – sú rovnako nemiešateľné ako ropa a voda.
Nech už kombinácia týchto dvoch vyzerá akokoľvek, takmer určite odhalí základy vesmíru, ktoré sa nepodobajú ničomu, čo si dokážeme predstaviť.
Novo publikovaný matematický objav opisuje vznik gravitácie v rámci takzvaného „holografického“ modelu vesmíru; zistil ho tím výskumníkov z Chalmers University of Technology vo Švédsku a MIT v USA.
Aj keď to môže znieť zvláštne, je to pre nás najlepšie miesto, kde začať hľadať úplné pochopenie toho, ako sa priestor, čas a hmota vynárajú z hlbších zákonov.
„Keď hľadáme odpovede na otázky vo fyzike, často nás privedú aj nové objavy v matematike,“ hovorí Matematik z Chalmers University, Daniel Persson.
'Táto interakcia je obzvlášť významná pri hľadaní kvantovej gravitácie - kde je mimoriadne ťažké vykonávať experimenty.'
Napriek ich diskrétnej schopnosti predpovedať správanie všetkého od skokov elektrónov po čierna diera hrbole s neskutočnou presnosťou, kvantová fyzika a všeobecná relativita vychádzajú z dvoch veľmi odlišných myšlienkových systémov.
Kvantový vesmír je hranatý, no pri pohľade zblízka zahmlený, ako pixely, ktoré sa po pritlačení tváre na obrazovku rozmazávajú do mätúceho zmätku farieb.
Všeobecná relativita sa spolieha na plynulé kontinuum priestoru a času, ktoré sa s jasným presvedčením zakrivuje v reakcii na hmotu, a to aj pri pohľade na najmenšom meradle.
Existujú aj iné metafory, ktoré môžeme použiť na opísanie toho, ako môže vesmír fungovať, pričom každá má svoje vlastné matematické rámce, pričom každá je o niečo nejasnejšia ako tá predchádzajúca.
Niektoré zahŕňajú pridanie neviditeľných rozmerov zabalené v mysli ohýbajúcich geometriách. Holografický princíp, ktorý tu výskumníci používajú, je zvláštnym príkladom, ktorý zahŕňa prijímanie rozmerov preč .
Môžete si to predstaviť takto: Všetky informácie, ktoré hovoria o tom, ako sa častice tlačia a ťahajú k sebe, sú zakódované na niečom, čo sa viac podobá plochému povrchu, než je 3D priestor, v ktorom si myslíme, že žijeme, nie na rozdiel od toho, ako sa pri pohľade naň objaví pocit hĺbky. plochá holografická nálepka.
Existuje dobrý dôvod premýšľať o fyzike týmto spôsobom. Kvantové verzie gravitácie vložené do 4D časopriestoru sa rýchlo stanú extrémne komplikovanými a nefunkčnými.
Ak by sa náš časopriestor zakrivil dostatočne ďaleko na seba, aby vytvoril akýsi valec, nevyhnutne by mal „plochú“ hranicu. Stáva sa tiež, že tieto nepraktické teórie kvantovej gravitácie by mali zodpovedajúce teórie na tejto hranici, oveľa jednoduchšie teórie pracovať s.
Tento nový dokument efektívne kombinuje rôzne modely, ktorými sa riadia častice a ich vlny a ako sa transformujú v poliach v rámci holografického prostredia, aby pristáli na matematickom ekvivalente gravitácie fungujúcej ako prirodzený dôsledok týchto interakcií.
„Výzvou je opísať, ako gravitácia vzniká „emergentný“ jav . Tak ako každodenné javy – ako napríklad prúdenie kvapaliny – vznikajú z chaotických pohybov jednotlivých kvapiek, chceme opísať, ako gravitácia vzniká z kvantovomechanického systému na mikroskopickej úrovni,“ hovorí matematik Robert Berman, tiež Chalmers University.
Ako bonus by táto nová práca mohla tiež ukázať cestu k vysvetleniam iných rozsiahlych javov, ako je palivo rozširujúce vesmír, ktoré v súčasnosti označujeme ako temná energia .
Akokoľvek elegantná matematika môže byť, teoretici si môžu dovoliť luxus naplniť svoju prácu výhradami a predpokladmi, aby našli zaujímavé nové vzory. Napríklad, či sa náš vesmír zakrivuje Späť na seba dosť na to, aby mali hranice potrebné pre holografický princíp, je samo osebe otvorenou otázkou, o ktorej je presvedčených niekoľko kozmológov.
Napriek tomu, keď sa snažíte vyriešiť problém, ktorý nedokázal vyriešiť ani Einstein, začať s nepredstaviteľným nie je zlý spôsob, ako začať.
Tento výskum bol publikovaný v r Prírodné komunikácie .