Badacze odkryli potencjalny pomost między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową - dwiema najważniejszymi teoriami fizycznymi - który mógłby skłonić fizyków do ponownego przemyślenia samej natury przestrzeni i czasu.
Ogólna teoria względności Alberta Einsteina opisuje grawitację jako geometryczną właściwość przestrzeni i czasu. Im bardziej masywny obiekt, tym bardziej jego zniekształcenie czasoprzestrzenne, a to zniekształcenie jest odczuwane jako grawitacja.
W latach 70. fizycy Stephen Hawking i Jacob Beckenstein odnotowali związek między polem powierzchni czarnych dziur a ich mikroskopijną strukturą kwantową, która determinuje ich entropię. To oznaczało pierwszą świadomość, że istnieje związek między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową, donosi vnauke.in.ua
Niecałe trzy dekady później fizyk teoretyczny Juan Maldacena zauważył inny związek między grawitacją a światem kwantowym. Zależność ta doprowadziła do stworzenia modelu, który sugeruje, że czasoprzestrzeń może zostać utworzona lub zniszczona przez zmianę stopnia splątania pomiędzy różnymi powierzchniami obiektu.
Innymi słowy, oznacza to, że sama czasoprzestrzeń, przynajmniej zgodnie z definicją w modelach, jest produktem przeplatania się obiektów.
Aby dokładniej zbadać ten sposób myślenia, Chungjun Cao i Sean Carroll z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (CalTech) postanowili sprawdzić, czy rzeczywiście mogą wyprowadzić dynamiczne właściwości grawitacji (znane z ogólnej teorii względności), wykorzystując strukturę, w której czasoprzestrzeń wyłania się z kwantowej splątanie. Ich badania zostały niedawno opublikowane w arXiv.
Korzystając z abstrakcyjnej koncepcji matematycznej zwanej przestrzenią Hilberta, Cao i Carroll byli w stanie znaleźć podobieństwa między równaniami rządzącymi splątaniem kwantowym a równaniami ogólnej teorii względności Einsteina. Potwierdza to pogląd, że czasoprzestrzeń i grawitacja powstają ze splątania.
„Jednym z bardziej oczywistych jest sprawdzenie, czy w tej strukturze przywrócone są symetrie względności, w szczególności idea, że prawa fizyki są niezależne od szybkości poruszania się w przestrzeni” - powiedział Carroll.
Film promocyjny:
Teoria wszystkiego
Obecnie prawie wszystko, co wiemy o fizycznych aspektach naszego wszechświata, można wyjaśnić za pomocą ogólnej teorii względności lub mechaniki kwantowej. Pierwsza świetnie radzi sobie z wyjaśnianiem aktywności w bardzo dużych skalach, takich jak planety lub galaktyki, podczas gdy ta druga pomaga nam zrozumieć bardzo małe skale, takie jak atomy i cząstki subatomowe.
Jednak te dwie teorie wydają się być ze sobą niezgodne. To skłoniło fizyków do poszukiwania nieuchwytnej „teorii wszystkiego” - pojedynczej struktury, która wyjaśniałaby wszystko, łącznie z naturą czasu i przestrzeni.
Ponieważ grawitacja i czasoprzestrzeń są ważną częścią „wszystkiego”, Carroll powiedział, że uważa, że badania, które przeprowadził on i Cao, mogą pomóc w znalezieniu teorii, która godzi ogólną teorię względności i mechanikę kwantową.
„Nasze badania nie mówią jeszcze o innych siłach natury, więc nadal jesteśmy dość daleko od 'stworzenia teorii wszystkiego'” - powiedział.
Jednak gdybyśmy mogli znaleźć taką teorię, pomogłaby nam ona odpowiedzieć na niektóre z największych pytań, przed którymi stają dziś naukowcy. W końcu możemy zrozumieć prawdziwą naturę ciemnej materii, ciemnej energii, czarnych dziur i innych tajemniczych obiektów kosmicznych.
Już teraz naukowcy infiltrują zdolność świata kwantowego do radykalnego ulepszania naszych systemów obliczeniowych, a teoria wszystkiego może potencjalnie przyspieszyć ten proces, odkrywając nowe perspektywy wciąż w dużej mierze zdezorientowanego świata.