Ученые озвучили революционную теорию относительно гравитации: как это может повлиять на понимание Вселенной

Современное понимание гравитации описывает ее как фундаментальную силу, на которой базируются законы существования нашей Вселенной. Впрочем, новая научная работа может серьезно изменить представления физиков о гравитации и ее влиянии.

Как пишет издание Advanced Science News, ученые Рут Кастнер из Мэрилендского университета и Андреас Шлаттер из Квантового института в Нью-Йорке в своей совместной работе высказывают предположение, что гравитационное тяготение — это не базовая сила, а эффект, возникающий из более глубоких квантовых процессов, связанных с электромагнетизмом. Если теория подтвердится, она может помочь объяснить тайны, долго не поддававшиеся стандартным моделям, включая происхождение темной материи и энергии, ускоряющей расширение Вселенной.

Исследование Кастнер и Шлаттера было опубликовано в журнале Journal of Physics Communications. Физики в ней переосмысливают гравитацию не как силу, вшитую в ткань пространства-времени, а как нечто, возникающее из поведения обычной материи на квантовом уровне. Основываясь на своих предположениях, ученые разработали структуру, в которой пространство и время сами по себе не фундаментальны, а являются результатом электромагнитных взаимодействий между заряженными системами, такими как атомы и молекулы.

Пространство-время из обмена фотонами

"Создание реального фотона создает "ткань пространства-времени", рождая события пространства-времени и его структурную связь; а именно событие излучения, событие поглощения и реальный связывающий их фотон", — объяснила свою концепцию Кастнер. Проще говоря, согласно с ней события пространства-времени вместе с их структурными связями возникают из этих транзакций.

Все происходит, когда атомы или молекулы излучают и поглощают фотоны — частицы света, переносящие электромагнитную силу. Согласно выдвинутой теории, каждая такая транзакция порождает пару событий в пространстве-времени, эффективно сшивая сеть отношений, формирующих то, что мы воспринимаем как пространство и время.

Идея основана на более ранних попытках переосмыслить гравитацию как возникающее явление — эффект, возникающий из более базовых физических процессов, а не как сила сама по себе. В этой картине ощутимое искажение пространства-времени, описанное общей теорией относительности Эйнштейна, не является фундаментальной особенностью Вселенной, а является крупномасштабным результатом базовых взаимодействий между материей и электромагнитным полем.

"Транзакции являются "измерениями" в квантовой теории", - пояснила Кастнер. "Фундаментальные степени свободы, которые лежат в основе возникающих событий пространства-времени, — это связанные системы с заряженными компонентами, такими как атомы и молекулы — это излучатели и поглотители, — а также электромагнитное поле, являющееся средой транзакций", — добавила она.

От термодинамики к гравитации

Одним из наиболее интригующих последствий этого подхода является его способность воспроизводить ключевые предсказания общей теории относительности, включая гравитационное тяготение между массивными телами, без привлечения гравитации как отдельной силы. Исследователи же применяют принципы термодинамики, в частности концепцию энтропии, чтобы объяснить, почему материя притягивает другую материю.

Энтропия, которую часто описывают как меру беспорядка, отражает количество возможных микроскопических расположений, приводящих к одному и тому же крупномасштабному состоянию. В новой структуре множество квантовых состояний атомов и молекул — вместе с выпускаемыми их фотонами определяют энтропию системы. С увеличением массы увеличивается и количество этих состояний, что повышает вероятность взаимодействий и, таким образом, рождает силу, которую мы интерпретируем как гравитацию.

"Наделенные массой объекты, состоящие из взаимодействующих компонентов, обеспечивают топливо для транзакций. Когда мы количественно определяем это взаимодействующее топливо с точки зрения температуры и возможных масс, результатом становится гравитационный потенциал", — пояснила Кастнер.

Переосмысление темной материи и темной энергии

Исследователи предполагают, что это основанное на энтропии описание, кроме прочего, естественно объясняет явления, длительно бросавшие вызов традиционным теориям. К ним относятся непостижимое движение звезд в галактиках, приведшее к появлению концепции существования невидимой темной материи, и ускорению расширения Вселенной, которое обычно приписывают темной энергии.

"Модель подразумевает величины, которые в настоящее время являются аномалиями для стандартной теории, такие как аномалии вращения галактик ("темная материя") и небольшое, но не исчезающее значение "темной энергии" и ее неожиданное ослабление со временем. Последующие астрономические наблюдения могут предложить более точные проверки предсказаний модели в этом отношении", — сказала исследовательница.

По мнению Кастнер и Шлаттера, нет необходимости привлекать неизвестные формы материи или энергии для объяснения этих эффектов. Они естественным образом возникают из термодинамического поведения обычной материи и ее электромагнитных взаимодействий. "В целом наша теория — это квантовая теория гравитации с соответствующими поправками к теории Эйнштейна, хотя гравитация — это не квантовое поле в этой модели, а возникающее природное структурное свойство пространства-времени", — пояснила Кастнер.

Взгляд в будущее

В настоящее время команда работает над дальнейшим расширением теории. Основная цель исследователей – описать гравитационные волны, своеобразную рябь в пространстве-времени, которую удалось обнаружить благодаря таким обсерваториям, как LIGO, и встроить их в рамки новой структуры. Вместо того чтобы быть волнами в гравитационном поле, эти сигналы могут быть следствием изменений в движении самой массы.

"Мы продолжаем развивать модель, в частности, ее способность объяснять гравитационные волны, не приписывая энергию непосредственно "гравитационному полю", а скорее самым исходным массам", - сказала Кастнер.

Хотя новая теория все еще оставляет исследователям немало вопросов, она предлагает интригующую альтернативу стандартному взгляду на гравитацию. Потенциально это может в конечном счете помочь объединить наше понимание Вселенной от его мельчайших частиц до его крупнейших структур.

Ранее OBOZ.UA рассказывал, что ученым удалось найти вероятную причину таинственного инфракрасного света в космосе.

Подписывайтесь на каналы OBOZ.UA в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних событий.