Уявіть собі Всесвіт, де гравітація, ця сила, яка змушує яблука падати з дерев і утримує планети на орбіті навколо зірок, зовсім не фундаментальна. Звучить як наукова фантастика? Можливо, ні. Нове дослідження, відверто кажучи, підриває мозок, ставить під сумнів самі основи нашого розуміння фізики і пропонує радикально новий погляд на гравітацію як наемерджентнеявище-продукт більш глибоких, квантових процесів, що танцюють на мікроскопічному рівні.
Тканина реальності: фотони та електромагнітні танці
Замість вкоріненої ідеї гравітації як” викривлення простору-часу”, запропонованої Альбертом Ейнштейном, нова теорія, розроблена Рут Кастнер з Університету Меріленд та Андреас Шлаттер з Квантового інституту, малює більш химерну картину. На їхню думку, сам простір і час не є фундаментальними компонентами реальності. Швидше, вони виникають як наслідок безперервного обміну електромагнітними взаємодіями між зарядженими частинками – атомами, молекулами, і, звичайно, фотонами, цими невловимими частинками світла, що передають електромагнітну енергію.
Фотонні мережі: будівельні блоки простору та часу
Уявіть собі, що кожен фотон, випущений атомом, схожий на нитку, сплетену в складну мережу. Коли фотон випромінюється і поглинається, він створює пару подій у просторі-часі, зв’язуючи їх разом. Подібно до того, як бджоли будують стільники, ці транзакції створюють“тканина”простору і часу, сполучну макроскопічні об’єкти. “Створення реального фотона створює ” тканину простору-часу”, породжуючи просторово-часові події і їх структурну зв’язок…, ” – пояснює Кастнер, вловлюючи суть цієї захоплюючої концепції. Це схоже на те, як окремі цеглини формують будівлю – кожен фотон, кожен обмін, сприяє створенню структури, яку ми сприймаємо як простір і час.
Ентропія та гравітація: несподіваний зв’язок
Але як електромагнітні взаємодії можуть призвести до гравітації? Відповідь криється в термодинаміці, а точніше, в понятті ентропії. Часто описується як “міра розладу”, ентропія насправді відображає кількість можливих мікроскопічних конфігурацій, що призводять до того ж макроскопічного стану. Чим більше можливих станів – тим вище ентропія.
Збільшення маси і зростаюча ентропія
Відповідно до цієї теорії, ентропія системи залежить від кількості квантових станів її складових – атомів, молекул, і, звичайно, фотонів, які вони випускають. Чим більше маса об’єкта, тим більше можливих станів у його складових, і, як наслідок, вище ентропія. Це, в свою чергу, призводить до збільшення ймовірності взаємодії між об’єктами, і ми інтерпретуємо це як гравітаційне тяжіння. “Об’єкти з масою, що складаються з взаємодіючих компонентів, забезпечують “паливо” для транзакцій”, – зазначає Кастнер, порівнюючи масу з джерелом енергії, що живить гравітаційні взаємодії.
Темна матерія і темна енергія: пояснення, які завжди вислизали
Більше того, нова модель пропонує, мабуть, найбільш інтригуюче пояснення деяких найбільших таємниць сучасної космології: темної матерії та темної енергії. Традиційно, для пояснення незрозуміло швидких обертань галактик (що призвело до гіпотези про темну матерію) і прискореного розширення Всесвіту (приписуваного темній енергії) фізикам доводилося постулювати існування невідомих форм матерії та енергії. Згідно з цією новою теорією, ці аномалії є не що інше, як наслідком термодинамічної поведінки звичайної речовини та її електромагнітних взаємодій. “Модель передбачає величини, які в даний час є аномаліями для стандартної теорії, такі як аномалії обертання галактик (“темна матерія”) і невелике, але не зникаюче значення “темної енергії” і її недавно спостерігається ослаблення з часом”, – говорить Кастнер.
Дивлячись у майбутнє: гравітаційні хвилі та переосмислення реальності
На даний момент команда продовжує роботу над розширенням теорії, прагнучи описати гравітаційні хвилі — брижі в просторі-часі, виявлені, наприклад, обсерваторією LIGO — в рамках цієї нової структури. Замість того, щоб розглядати їх як хвилі в гравітаційному полі, ці сигнали представлятимуть зміни в русі самої маси. Майбутні дослідження також спрямовані на створення квантової теорії гравітації, що відповідає теорії Ейнштейна, але без постулату про гравітацію як фундаментальне квантове поле. “Загалом, наша теорія є квантовою теорією гравітації з відповідними поправками до теорії Ейнштейна, хоча гравітація в цій моделі є не квантовим полем, а природною структурною властивістю виникаючого простору-часу”, – підсумовує Кастнер.
Нова теорія пропонує приголомшливу альтернативу нашим усталеним уявленням про гравітацію, яка має потенціал об’єднати наше розуміння Всесвіту від найдрібніших частинок до найбільших структур. Цілком можливо, що гравітація-це не фундаментальна сила, а ілюзія, продукт складного танцю електромагнітних взаємодій на мікроскопічному рівні. І це, мої друзі, може назавжди змінити наше розуміння реальності.
Посилання:А. Шлаттер та Р. Е. Кастнер,” Гравітація від транзакцій: виконання програми ентропійної гравітації”, журнал фізичних комунікацій (2025). DOI: 10.1088/2399-6528/acd6d7
Автор художнього зображення: Геральт на Pixabay
