Главная Физика Параллельная гравитация: физики могут пересмотреть забытую теорию Эйнштейна

Что такое параллельная теория гравитации?

Десятки лет назад Альберт Эйнштейн разработал теорию, согласно которой пространство, помимо свойства кривизны, может еще и «скручиваться» под воздействием большой гравитации.

Теория гравитации Эйнштейна

Эта идея, получившая название параллельной теории гравитации, и от которой научное сообщество отказалось в пользу общей теории относительности и квантовой механики, потенциально все же решает основные проблемы космологии.

В конце 20-х годов Альберт Эйнштейн засомневался в своих выводах. По его мнению, общая теория относительности, которая описывает гравитацию как проявление кривизны пространства-времени, «что-то упустила».

Да, пространство искривлено и скручено. Принимая в качестве истины свернутость пространства, можно прийти к гипотетической "теории всего".

Великий физик, к сожалению, не стал углубляться в эту идею, и поэтому она канула в Лету. Однако сегодня, почти век спустя, некоторые неразрешимые астрофизические проблемы (темная материя и темная энергия, в первую очередь) заставили ученых поставить под сомнение все ранее установленные и принятые теории; возможно, ключ к пониманию лежит в другой интерпретации пространства. А значит, физики могут пересмотреть забытую теории Эйнштейна.

Новая теория гравитации и ОТО

Если бы пространство одновременно и искривлялось, и скручивалось, то многие сложные проблемы в физике исчезли бы мгновенно.

По словам физика Джона Уилера, общая теория относительности Эйнштейна, разработанная в 1915 году, может быть подытожена несколькими словами:

"Время и пространство говорят материи, как двигаться; материя говорит пространству-времени, как изгибаться».

Представьте себе натянутое полотно батута, которое деформируется под весом помещенных на него объектов: если полотно хорошо натянуто, то свет объекта почти ничего не создаст. С другой стороны, если мы добавим что-то более тяжелое в центр, оно "утонет" в полотне, а более легкий объект будет двигаться в сторону тяжелого объекта.

Другими словами, наличие материи (массы) изменяет геометрию пространственного времени, и это искажение, в свою очередь, указывает материи, как двигаться.

Еще один важный элемент общей теории относительности: принцип эквивалентности, согласно которому эффекты гравитационного поля локально идентичны эффектам ускорения системы отсчета наблюдателя (гравитация и ускорение неразличимы).

Пространство не только искривляется, но и скручивается - при большой гравитации

Волею судеб именно Эйнштейн и другие физики-теоретики заложили основы квантовой теории, которая позволила описать поведение атомов и субатомных частиц, их взаимодействие, а также некоторые свойства электромагнитного излучения.

Из этой теории следует, что для конкретной частицы невозможно одновременное определение положения и скорости. Эйнштейн так и не смог принять принцип неопределенности.

Зато родилась идея альтернативной теорией электромагнетизма. В общей теории относительности четырехмерная версия кривизны для описания пространства-времени работает идеально. Новая идея состояла в том, чтобы разработать версию ОТО с использованием кручения и проверить, сможет ли она объяснить как гравитацию, так и электромагнетизм (на основе уравнений Максвелла).

Предполагалось, что массивные и заряженные объекты заставляют пространство-время изгибаться, причем немного по-разному, порождая электромагнетизм и гравитацию.

Теория, известная как "параллельная гравитация", была опубликована в 1928 году. И в конечном итоге она не смогла убедительно объяснить физическую природу электромагнетизма.

Теория струн и квантовая механика

В то время как общая теория относительности и квантовая механика пользовалась всем вниманием научного сообщества, интерес к параллельной гравитации быстро ослаб. Да, теория относительности, как и квантовая теория, подтверждаются многочисленными опытами и расчетами. Но они не могут дать полного описания реальности, поскольку взаимно несовместимы и бессильны перед некоторыми загадками Вселенной.

Например, общая теория относительности подтверждает существование черных дыр, но она полностью разрушается, когда пытается описать их уникальные ядра. Точно так же невозможно описать гравитацию на субатомном уровне: здесь доминирует квантовая механика. Теория относительно проваливается, когда необходимо описать гравитацию на ультракоротком расстоянии.

Эти две теории не способны также объяснить ускоряющийся темп расширения Вселенной.

Большинство физиков верит, что только гипотетическая субстанция, темная энергия, способная дать надежное решение.

Кроме того, скорость расширения, постоянная Хаббла, представляет собой проблему: два метода, используемые для ее измерения - по рассеянному космическому фону и по меньшим звездам - дают противоположные результаты. И одновременно порождают сомнения в самом факте расширения Вселенной.

То есть либо во Вселенной есть неизвестная материя, которая объясняет все, либо гравитация работает не так, как мы думаем.

В настоящее время физики не верят, что параллельная гравитация может объединить физику, хотя она может стать интересным кандидатом на новую теорию гравитации, даже более солидную, чем общая теория относительности.

Интересно, что сторонники теории струн активно используют идеи параллельной гравитации. Один из подходов к квантовой гравитации гласит, что все силы и энергия Вселенной происходят из колебаний невидимых струн. Согласно данной логике, параллельная гравитация может быть следствием теории струн.

Впрочем, есть загвоздка с категориями, формулами и цифрами: непонятно, как вывести удаленный параллелизм математики. Нам не хватает проработанных математических методов и математически операционализированных понятий. Вот в чем проблема.