Как объединить теорию относительности и квантовую механику?

Физики приблизились к разгадке одной из фундаментальных загадок современной науки — объединению теории относительности и квантовой механики. Исследователи из Университета Эрлангена-Нюрнберга предложили новый подход к пониманию гравитации на квантовом уровне, предполагающий дискретную природу пространства-времени.

В повседневной жизни несовместимость двух теорий не вызывает проблем: общая теория относительности прекрасно описывает поведение крупных космических объектов вроде планет и галактик, а квантовая механика объясняет взаимодействие элементарных частиц. Однако при изучении экстремальных явлений, где гравитация настолько сильна, что вся материя сжимается в точку, ученым необходима единая теория, объясняющая притяжение на квантовом уровне.

Команда решила рассматривать пространство и время не как непрерывные величины, а как состоящие из минимальных неделимых элементов — по аналогии с пикселями на экране. В такой модели движение объекта происходит не плавно, а дискретными скачками, и время течет маленькими квантовыми «шагами». Масштаб элементов настолько мал, что в обычной жизни мы их не замечаем, но на фундаментальном уровне они определяют структуру реальности.

Важным следствием дискретности пространства-времени становится существование предельной мощности энергетических процессов. Если раньше считалось, что энергия теоретически может достигать бесконечно больших значений, то новая модель устанавливает верхний предел — планковскую мощность, равную примерно 10⁵³ ваттам. Наличие ограничения, в свою очередь, позволяет решить ряд математических проблем в уравнениях квантовой гравитации, которые раньше приводили к бесконечным результатам.

Дискретная структура также имеет прямое отношение к гравитационным волнам. Согласно новой теории, их мощность тоже должна квантоваться — разбиваться на минимальные порции энергии. Если гипотеза подтвердится, ученые смогут точнее описывать и измерять гравитационные волны, что откроет новые возможности для исследования космических событий, например слияния черных дыр и нейтронных звезд.