11 мая — особая дата в истории физики. В этот день в 1916 году Альберт Эйнштейн публично представил общую теорию относительности, а ровно через два года, в 1918-м, на свет появился Ричард Фейнман — один из самых ярких и свободомыслящих умов XX века, чьи идеи преобразили квантовую физику. Эти два события, разделенные всего парой лет, стали символами двух мощнейших направлений в современной науке: теории гравитации и квантовой механики. Их соединение — главная, до сих пор не решенная задача физики.
Общая теория относительности (ОТО), представленная Эйнштейном в 1916 году, изменила взгляд на гравитацию. Вместо классического «притяжения» у Ньютона, Эйнштейн описал гравитацию как результат искривления пространства-времени под действием массы и энергии. Планеты движутся не потому, что их кто-то «тянет», а потому, что они следуют по «кривым» линиям в изогнутом пространстве. Эту теорию подтвердили сразу несколько наблюдений: объяснение прецессии орбиты Меркурия, эффект гравитационного линзирования, впервые зафиксированный в 1919 году во время солнечного затмения, и, наконец, открытие гравитационных волн в 2015 году.
Но у теории Эйнштейна есть границы. Она прекрасно описывает поведение массивных объектов вроде звезд и галактик, но оказывается бессильной, когда речь идет о субатомных частицах. Именно в этом микромире начинают действовать законы квантовой механики.
В нем блистал Ричард Фейнман — ученый, родившийся 11 мая 1918 года. Он не просто продвигал квантовую электродинамику, а фактически создал новый способ мышления о частицах и их взаимодействиях. Его диаграммы, визуально описывающие, как фотоны и электроны «обмениваются» взаимодействиями, стали рабочим инструментом для целого поколения физиков. Благодаря им расчеты стали проще, а понимание процессов — глубже. КЭД, как и другие квантовые теории, невероятно точна: она позволяет предсказывать свойства частиц с точностью до миллиардных долей.
Однако, как и ОТО, квантовая электродинамика не является универсальной. В ней просто отсутствует гравитация. Попытки объединить эти два могучих столпа — макромир искривленного пространства и микромир вероятностей — привели к разработке струнных теорий, петлевой квантовой гравитации и других подходов. Но пока ни один из них не стал общепринятым. На стыке двух теорий возникают парадоксы: например, в центре черной дыры ОТО предсказывает бесконечную плотность — сингулярность, — тогда как квантовая механика исключает такие состояния.
Как стало известно недавно, ученые из Университета штата Юта сделали шаг вперед в поисках объединения квантовой механики и общей теории относительности, предложив новую математическую модель, которая может быть совместимой с обеими теориями. Эти исследования являются важным этапом на пути к «теории всего». Об этом исследовании вы можете прочитать здесь. Также группа ученых из Университета Аалто в Финляндии предложила ключевые идеи для теории, объединяющей гравитацию с другими фундаментальными силами природы. Эти исследования раскрывают новые горизонты в науке и доступны для ознакомления здесь.
11 мая — это напоминание о том, как две разные физические интуиции — изогнутое пространство Эйнштейна и квантовая пена Фейнмана — по-прежнему ждут своего объединения. Это день, когда можно увидеть не только достижения прошлого, но и фундаментальные вопросы будущего. Как сказал сам Фейнман: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы ее не понимаете».
Сегодня день, когда мы вспоминаем два величайших события в физике, но не можем не сделать исключение и не отметить вклад еще одного великого ученого — Эрвина Шредингера. Его идеи о квантовых состояниях не только продолжают вдохновлять ученых, но и являются основой для новейших достижений, таких как создание «горячего кота Шредингера», что открывает новые горизонты для квантовых технологий. Об этом вы можете прочитать в этой статье.
