Физики нашли способ проверить теории квантовой гравитации

Большие массы, такие как галактика, искривляют пространство-время. Объекты движутся по геодезической. Если учесть, что само пространство-время обладает квантовыми свойствами, возникают отклонения (пунктирная линия против сплошной). Автор: Оливер Дикман, Венский технический университет

Объединение квантовой физики и гравитации — одна из главных нерешённых задач теоретической физики. Команда учёных из Венского технического университета предложила новый подход, который может помочь экспериментально проверить различные теории квантовой гравитации, такие как теория струн или петлевая квантовая гравитация.

Исследователи сфокусировались на концепции геодезических — кратчайших путей, по которым движутся объекты в искривлённом пространстве-времени согласно общей теории относительности Эйнштейна. Они попытались «надеть» на эту концепцию правила квантовой механики.

«Это немного похоже на сказку о Золушке. Есть несколько кандидатов, но только один из них может быть принцессой, которую мы ищем. Только когда принц находит туфельку, он может опознать настоящую Золушку. В квантовой гравитации мы, к сожалению, ещё не нашли такую туфельку — наблюдаемую величину, которая чётко укажет, какая теория верна», — поясняет Бенджамин Кох из Института теоретической физики.

Учёные разработали квантовый аналог геодезических, названный «q-дезиками». Расчёты показали, что в квантовом пространстве-времени частицы движутся не точно по классическому кратчайшему пути. Однако для обычных гравитационных полей, например, в Солнечной системе, отклонения ничтожно малы — порядка 10^-35 метров.

Ключевое открытие было сделано при учёте космологической постоянной, или «тёмной энергии», ответственной за ускоренное расширение Вселенной. На очень больших космологических масштабах, около 10²¹ метров, q-дезики начинают существенно отличаться от классических геодезических.

«На промежуточных масштабах, например, для орбиты Земли вокруг Солнца, разницы практически нет. Но на очень больших космологических масштабах — как раз там, где остаются нерешённые загадки общей теории относительности, — есть чёткое различие», — говорит Бенджамин Кох.

Это открывает новые возможности для проверки теорий с помощью астрономических наблюдений, например, при изучении скоростей вращения спиральных галактик. Учёные надеются, что их работа станет тем самым «критерием», который поможет отличить жизнеспособные подходы к квантовой гравитации от ошибочных.

Больше информации: Benjamin Koch et al, Geodesics in quantum gravity, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/w1sd-v69d

Источник: Vienna University of Technology