Kā saskaņot divus mūsdienu fizikas pretrunīgos pīlārus: kvantu teoriju un smagumu? Ilgu laiku zinātnieki uzskatīja, ka agrāk vai vēlāk zinātne atzīs šo vai citu teoriju par dominējošo, taču realitāte, kā vienmēr, izrādījās daudz interesantāka. Jauni pētījumi liecina, ka smagums var rasties no nejaušām svārstībām kvantu līmenī.
Starp divām fundamentālām teorijām, kas izskaidro apkārtējo realitāti, kvantu teorija pievēršas mijiedarbībai starp mazākajām matērijas daļiņām, savukārt vispārējā relativitāte attiecas uz smagumu un lielākajām struktūrām visā Visumā. Kopš Einšteina dienām fiziķi ir mēģinājuši novērst plaisu starp šīm mācībām, taču ar mainīgiem panākumiem.
Viens no veidiem, kā saskaņot gravitāciju ar kvantu mehāniku, bija parādīt, ka gravitācijas pamatā ir nesadalāmas vielas daļiņas, kvantitāte. Šo principu var salīdzināt ar to, kā paši gaismas kvanti, fotoni, attēlo elektromagnētisko viļņu. Līdz šim zinātniekiem nebija pietiekami daudz datu, lai pamatotu šo pieņēmumu, bet gan Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) no Kvantu optikas institūta. Makss Planks Gerčingā, Vācijā, mēģināja aprakstīt gravitāciju ar kvantu mehānikas principiem. Bet kā viņš to izdarīja?
Kvantu pasaule
Kvantu teorijā daļiņas stāvokli raksturo tās viļņa funkcija. Tas, piemēram, ļauj aprēķināt varbūtību atrast daļiņu vienā vai otrā vietā telpā. Pirms pašas mērīšanas nav skaidrs ne tikai tas, kur atrodas daļiņa, bet arī tas, vai tā pastāv. Pats mērīšanas fakts burtiski rada realitāti, "iznīcinot" viļņa funkciju. Bet kvantu mehānika reti pievēršas mērījumiem, tāpēc šī ir viena no pretrunīgi vērtētākajām fizikas jomām. Atcerieties Šrēdingera paradoksu: jūs to nevarat atrisināt, kamēr neesat veicis mērījumu, atverot lodziņu un noskaidrojot, vai kaķis ir dzīvs vai nē.
Viens no šiem paradoksiem ir tā sauktais GRW modelis, kas tika izstrādāts 80. gadu beigās. Šī teorija ietver tādu parādību kā "uzliesmojumi" - spontāns kvantu sistēmu viļņu funkcijas sabrukums. Tās piemērošanas rezultāts ir tieši tāds pats kā tad, ja mērījumus veiktu bez novērotājiem. Tilloy to pārveidoja, lai parādītu, kā to var izmantot, lai iegūtu gravitācijas teoriju. Tā versijā zibspuldze, kas iznīcina viļņa funkciju un liek daļiņai tādā veidā atrasties vienā vietā, šajā brīdī telpā rada arī gravitācijas lauku. Jo lielāka ir kvantu sistēma, jo vairāk daļiņu tā satur un biežāk rodas uzliesmojumi, tādējādi izveidojot svārstīgu gravitācijas lauku.
Interesantākais ir tas, ka šo svārstību vidējā vērtība ir ļoti gravitācijas lauks, ko raksturo Ņūtona gravitācijas teorija. Šo pieeju gravitācijas apvienošanai ar kvantu mehāniku sauc par kvazi-klasisko: gravitācija rodas no kvantu procesiem, bet paliek klasisks spēks. “Nav īsta iemesla ignorēt kvazi-klasisko pieeju, kurā smagums ir būtisks pamata līmenī,” saka Tiloils.
Reklāmas video:
Smaguma fenomens
Klauss Hornbergers no Duisburgas-Esenes universitātes Vācijā, kurš nepiedalījās teorijas izstrādē, izturas pret to ar lielu līdzjūtību. Tomēr zinātnieks norāda, ka, pirms šī koncepcija veido vienotas teorijas pamatu, kas apvieno un izskaidro visu apkārtējās pasaules būtisko aspektu būtību, būs jāatrisina virkne problēmu. Piemēram, Tilloy modeli noteikti var izmantot Ņūtona gravitācijas iegūšanai, taču tā atbilstība gravitācijas teorijai joprojām jāpārbauda, izmantojot matemātiku.
Tomēr pats zinātnieks piekrīt, ka viņa teorijai nepieciešama pierādījumu bāze. Piemēram, viņš prognozē, ka smagums izturēsies atšķirīgi atkarībā no attiecīgo objektu mēroga: atomiem un supermasīvajiem melnajiem caurumiem noteikumi var būt ļoti atšķirīgi. Lai kā arī būtu, ja testi atklāj, ka Tillroy modelis patiešām atspoguļo realitāti un gravitācija patiešām ir kvantu svārstību sekas, tad tas fiziķiem ļaus izprast realitāti ap mums kvalitatīvi atšķirīgā līmenī.
Vasilijs Makarovs