Dešimtmečius mokslininkus kamuojanti viena didžiausių problemų išspręsta? Žengtas svarbus žingsnis link Visko teorijos

Gravitacijos ir kvantinės mechanikos suderinamumo klausimas jau ne vieną dešimtmetį buvo viena iš didžiausių mokslininkus kamuojančių problemų. Kvantinių fluktuacijų poveikis gravitacinėms bangoms – masyvių objektų judėjimo sukelti erdvėlaikio raibuliai – gali suteikti fizikams būdą ją išspręsti.

Gravitacija yra fizikos sritis, kol kas netelpanti kvantinės mechanikos visatos supratime. „Fundamentali mūsų fizikos teorija nėra vientisa: ji sudaryta iš dviejų nesuderinamų dalių,“ sako šiame darbe nedalyvavęs Carlo Rovelli iš Aix-Marseille universiteto Prancūzijoje. „Kad turėtume vientisą pasaulio vaizdą, privalome šias dvi puses sujungti.“

Teorinių šios problemos sprendimo darbų netrūksta, tačiau stebėjimais ir eksperimentais jos imtis kol kas nepavyko. Didžiąja dalimi dėl to, kad energijos lygiai, kuriame galėtų akivaizdžiai pasireikšti kvantiniai gravitacijos efektai yra nepasiekiamai aukšti. Viena vieta, kurioje fiksuojami tokie energijos lygiai yra gravitacines bangas sukuriantys astronominiai įvykiai.

Kvantinių laukų sukuriamos bangos, tarkime, šviesa, savo prigimtimi yra ir bangos ir dalelės. Tad, jei gravitaciniai laukai išties yra kvantiniai, tuomet ir gravitacinės angos turėtų elgtis kaip dalelės. Šios hipotetinės dalelės vadinamos gravitonais.

Maulik Parikh iš Arizonos valstijos universiteto su kolegomis suskaičiavo, kad jeigu egzistuoja, gravitonai galėtų kurti virpesius gravitacinių bangų signaluose. Jie išsiaiškino, kad, teoriškai, esamos gravitacinių bangų observatorijos juos galėtų aptikti.

„Gal kvantinė gravitacijos prigimtis nėra tokia neapčiuopiama, ir gal yra eksperimentinis jos pėdsakas,” spėja Parikh. „Prognozuojame, kad gravitacija yra tam tikra prasme triukšminga, grūdėta – ir šio triukšmo savybės priklauso nuo gravitacinio lauko kvantinių savybių.“

Nuo kitų triukšmų, tarkime, pro detektorių važiuojančio sunkvežimio, jį skiria tai, kad lygiai tokios pačios signalo fluktuacijos turėtų pasireikšti keliuose detektoriuose tuo pačiu metu.

Toks triukšmas įrodytų, kad gravitacija yra kvantinė jėga. „Yra visos priežastys manyti, kad būtent taip ir yra,” sako Rovelli. „Bet moksle norime užtikrintų empirinių bandymų, o ne vien „priežasčių tikėti“.“

Parikh su kolegomis dabar modeliuoja, kaip turėtų atrodyti kvantinis triukšmas realiose astronominių įvykių, pavyzdžiui, juodųjų bedugnių ar neutroninių žvaigždžių susiliejimų, gravitacinėse bangose, kad žinotume, ko ieškoti. Tokių signalų aptikimas ir įrodymas, kad gravitacija yra kvantinis reiškinys, būtų didelis žingsnis link gravitacijos ir kvantinės mechanikos suvienijimo.

Kadangi gravitacija yra viso erdvėlaikio savybė, o kvantinė mechanika aprašo materiją, tai priartintų mus prie nuoseklios visko teorijos.

„Visa gravitacijos istorija iš tiesų yra erdvės ir laiko istorija,” sako Parikh. „Visko teorijoje tikimės tam tikra prasme suvienyti erdvę, laiką ir materiją, o [šio triukšmo] stebėjimas būtų žingsnis link to įrodymo.“

Leah Crane
www.newscientist.com

Žurnalo nuoroda:Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.081602