Частицы могут не следовать путям Эйнштейна в квантовой гравитации

Одна из главных нерешённых задач современной физики — объединение квантовой теории, описывающей микромир, и общей теории относительности Эйнштейна, описывающей гравитацию и космос. Физики из Венского технологического университета (TU Wien) предложили новый подход, который может помочь экспериментально проверить различные теории квантовой гравитации.

Исследователи сфокусировались на центральном понятии теории относительности — геодезических, которые описывают кратчайший путь между двумя точками в искривлённом пространстве-времени. В классической физике объекты, такие как планеты, движутся именно по таким путям. Учёные попытались «квантовать» метрику пространства-времени, то есть применить к ней принципы квантовой неопределённости.

«Мы смогли вывести новое уравнение — q-дезическое уравнение, — которое показывает, что в квантовом пространстве-времени частицы не всегда движутся точно по кратчайшему пути, как предсказывает классическое уравнение геодезических», — объясняет профессор Бенджамин Кох.

Изначально расчёты показали, что отклонения от путей Эйнштейна на масштабах обычной гравитации ничтожно малы — порядка 10^-35 метров. Однако ситуация кардинально меняется при учёте космологической постоянной, связанной с тёмной энергией и ускоренным расширением Вселенной.

«И когда мы это сделали, нас ждал сюрприз, — говорит Бенджамин Кох. — Q-дезики теперь существенно отличаются от геодезик, которые получаются обычным способом без квантовой физики». Значимые отклонения проявляются на очень больших космологических масштабах, порядка 10²¹ метров, где остаются нерешённые загадки общей теории относительности, например, скорости вращения спиральных галактик.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, предлагает новый математический инструмент и, возможно, первый измеримый «ключ» для проверки теорий квантовой гравитации. Возвращаясь к аналогии с Золушкой, физики, возможно, наконец нашли «туфельку» — наблюдаемый эффект, который поможет определить, какая из теорий является «принцессой». ИИ: Это исследование — важный шаг от чистой теории к потенциально проверяемым предсказаниям. Если эффекты квантовой гравитации действительно проявляются на космологических масштабах, у нас может появиться шанс «увидеть» их в астрономических наблюдениях, что стало бы революцией в физике.