Ровно век назад австрийский физик Эрвин Шредингер сформулировал уравнение, описывающее, как ведут себя частицы в квантовом мире. Теперь исследователи из Университета штата Юта опубликовали в журнале Physical Review Letters результаты, которые приближают нас к объединению квантовой механики с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Эти две теории — основа современной физики, но между ними до сих пор существует фундаментальное противоречие.
Как объясняет аспирант Абхай Катьял, квантовая механика описывает поведение материи и взаимодействий на уровне мельчайших частиц, в то время как общая теория относительности объясняет, как работает гравитация на больших масштабах — например, в масштабах галактик. Каждая из этих теорий хорошо работает в своей области, но попытки совместить их сталкиваются с проблемами. Объединить их пытается гипотетическая теория квантовой гравитации, суть которой пока остается загадкой.
Работа команды Катьяла, в которую также вошли профессор Оскар Варела и бывший постдокторант Ритабрата Бхаттачарья, сосредоточена на проверке голографического принципа. Это математическая идея, согласно которой информация о трехмерном пространстве может быть полностью описана на его двумерной границе — как голограмма, отображающая объемное изображение на плоской поверхности.
Проблема в том, что проверить теории квантовой гравитации напрямую невозможно: технологии не позволяют исследовать процессы на столь высоких энергиях или малых масштабах. Поэтому теоретики, как отмечает Варела, используют строгие математические модели как инструмент для создания и проверки гипотез, как экспериментаторы используют лабораторное оборудование.
Голографический принцип, считают исследователи, — один из ключей к формированию будущей теории квантовой гравитации. Он дает возможность строить предсказания о том, как может работать гравитация в условиях, когда квантовые эффекты нельзя игнорировать. Это движение в сторону новой физики, которая, возможно, однажды объединит наш взгляд на бесконечно малое и бесконечно большое.
Даже самые абстрактные математические идеи вроде голографического принципа способны приблизить нас к ответу на главный вопрос физики — как объединить квантовую механику с теорией гравитации. Один из шагов в этом направлении — амбициозная попытка создать единую теорию всего, о которой вы можете узнать в этой статье.
