Fyzikální „teorií všeho“ se svým způsobem už zabýval Albert Einstein. V rámci obecné teorie relativity se však soustředil pouze na gravitaci, přičemž nebral v úvahu kvantovou fyziku. V sedmdesátých letech se ke světu začala klubat teorie superstrun, která je čistě matematická. Základním kamenem Vesmíru prý nejsou bodové částice s nulovými rozměry, nýbrž jednorozměrné (otevřené resp. uzavřené) struny, které vibrují různými způsoby, odpovídajícími různým druhům elementárních částic. Předpokládá se, že se tímto způsobem se mohou skloubit všechny čtyři základní interakce – gravitační, elektromagnetickou a silnou a slabou nukleární – do jedné Teorie všeho. Zpočátku to však silně pokulhávalo. Jistým řešením se ukázalo umístit struny do desetirozměrného prostoru – devět prostorových a jeden časový. Všechny nadbytečné prostorové rozměry jsou však natolik svinuté, že se nedají experimentálně jakýmkoli způsobem detekovat. Teorie superstrun sice jakžtakž funguje, není však schopna vygenerovat všechno, co umí kvantový standardní model. Nedávno se v odborném fyzikálním časopisu objevil článek, který nastiňuje vytvoření dlouho očekávané „teorie všeho“ spojením gravitace s kvantovým světem.
Lucifer
Fyzikové vyvinuli nový přístup k řešení jednoho z nejúpornějších problémů teoretické fyziky: sjednocení gravitace s kvantovým světem. V nedávném článku publikovaném v časopisu Reports on Progress in Physics vědci nastínili novou formulaci gravitace, která by mohla vést k plně kompatibilnímu kvantovému popisu – aniž by bylo nutné používat další rozměry nebo exotické vlastnosti, které vyžadují spekulativnější modely, jako je teorie superstrun. Tato teorie však stále zdaleka není prokázána pozorováním.
Jádrem návrhu je přehodnocení chování gravitace na základní úrovni. Zatímco elektromagnetické, slabé a silné síly jsou popsány pomocí kvantové teorie pole – matematického rámce, který zahrnuje neurčitost a dualitu vlny a částice – gravitace zůstává stranou. Obecná teorie relativity, Einsteinova teorie gravitace, je čistě klasická teorie, která popisuje gravitaci jako deformaci geometrie časoprostoru hmotou a energií. Pokusy o spojení kvantové teorie s obecnou relativitou však často narážejí na fatální matematické nesrovnalosti, jako je například nekonečná pravděpodobnost.
Nový přístup reinterpretuje gravitační pole způsobem, který odráží strukturu známých kvantových teorií pole. Místo zakřivení časoprostoru je gravitace zprostředkována čtyřmi vzájemně propojenými poli, přičemž každé z nich je podobné poli, které řídí elektromagnetismus. Tato pole reagují na hmotnost podobně jako elektrická a magnetická pole na náboj a proud. Rovněž interagují mezi sebou navzájem a s poli standardního modelu způsobem, který reprodukuje obecnou relativitu na klasické úrovni a zároveň umožňuje důsledně zahrnout kvantové efekty.
Protože nový model odráží strukturu zavedených kvantových teorií, vyhýbá se matematickým problémům, které v minulosti bránily snahám o kvantifikaci obecné teorie relativity. Podle autorů jejich rámec vytváří dobře definovanou kvantovou teorii, která se vyhýbá běžným problémům – jako jsou nefyzikální nekonečnosti pozorovatelných veličin a záporné pravděpodobnosti fyzikálních procesů – které obvykle vznikají při kvantifikaci obecné relativity pomocí konvenčních, přímočarých metod.
Hlavní výhodou tohoto přístupu je jeho jednoduchost. Na rozdíl od mnoha modelů kvantové gravitace, které vyžadují nezjištěné částice a další síly, se tato teorie drží známého terénu. Rozdíly ve srovnání s mnoha jinými teoriemi kvantové gravitace spočívají v tom, že naše tato nepotřebuje další rozměry, které zatím nemají přímou experimentální podporu. A navíc nepotřebuje žádné volné parametry nad rámec známých fyzikálních konstant. To znamená, že teorii lze testovat, aniž by bylo nutné čekat na objevení nových částic nebo revizi stávajících fyzikálních zákonů. Jakékoli budoucí experimenty s kvantovou gravitací lze přímo použít k testování jakýchkoli (připravovaných) předpovědí teorie.
Navzdory slibným vlastnostem je model stále v počáteční fázi. Ačkoli předběžné výpočty ukazují, že se teorie chová dobře při obvyklých kontrolách konzistence, úplný důkaz její konzistence je třeba teprve vypracovat. Kromě toho je třeba tento rámec teprve aplikovat na některé z nejhlubších otázek gravitační fyziky, jako je skutečná povaha singularit černých děr nebo fyzika velkého třesku. Teorie zatím není schopna řešit tyto hlavní výzvy, ale má potenciál tak učinit v budoucnu.
Experimentální ověření se může ukázat jako ještě nepolapitelnější. Gravitace je nejslabší ze známých sil a její kvantové aspekty jsou neuvěřitelně jemné. Přímé testy kvantových gravitačních efektů jsou mimo dosah současných přístrojů. Protože teorie neobsahuje žádné nastavitelné parametry, může jakýkoli budoucí experiment, který bude zkoumat kvantové gravitační chování, potenciálně potvrdit – nebo vyloučit – nový návrh.
Zdroj: Live Science, New theory could finally make 'quantum gravity' a reality – and prove Einstein wrong
22.05.2025, 00:00:00 Publikoval Luciferkomentářů: 0