Попытки объединения квантовой механики и общей теории относительности
С начала XX века физика сделала гигантские шаги в понимании устройства Вселенной. Открытие квантовой механики и формулировка общей теории относительности (ОТО) Эйнштейном стали двумя столпами, на которых держится современная физика. Однако, несмотря на их огромный вклад в науку, между этими теориями существует явное напряжение, поскольку они исходят из разных предпосылок и применяются в различных режимах Вселенной. Попытки объединения квантовой механики и ОТО стали одной из главных задач теоретической физики последних десятилетий [40].
Квантовая механика и общая теория относительности: основы
Квантовая механика изучает поведение частиц на атомном и субатомном уровнях, где классическая механика перестает быть применимой. Она вводит понятие квантовых состояний, вероятностей и принцип неопределенности Гейзенберга [41].
Общая теория относительности, с другой стороны, описывает гравитацию как свойство пространства-времени, искривляемого массой и энергией. ОТО успешно применяется для описания крупномасштабных структур Вселенной, таких как черные дыры и расширение Вселенной [42].
Проблемы объединения
Основная проблема объединения квантовой механики и ОТО заключается в том, что квантовая механика работает в предположении фиксированного, неискривляемого пространства-времени, тогда как ОТО предполагает, что пространство-время динамично и изменяется под воздействием массы и энергии. Попытки применить квантовые принципы к гравитации приводят к нефизическим бесконечностям, которые не могут быть устранены стандартными методами квантовой теории поля [43].
Пути решения:
Струнная теория
Одним из наиболее обещающих направлений в попытке объединения является струнная теория. В ней элементарные частицы рассматриваются не как точечные объекты, а как одномерные «струны», колебания которых определяют их свойства. Струнная теория предсказывает существование множества дополнительных измерений пространства, что позволяет избежать упомянутых бесконечностей и вводит возможность единой теории, описывающей все четыре фундаментальные взаимодействия [44].
Петлевая квантовая гравитация
Альтернативным подходом является петлевая квантовая гравитация, которая пытается квантовать само пространство-время, представляя его в виде сети дискретных петель. Этот подход позволяет описать гравитацию в квантовых терминах без необходимости введения дополнительных измерений [45].