Несмотря на многолетние безуспешные попытки объединить квантовую теорию и гравитацию, ученые не прекращают предлагать новые, иногда весьма противоречивые гипотезы. В частности, авторы недавнего исследования предлагают рассмотреть гравитацию, подобно другим фундаментальным силам природы, с точки зрения симметрий и полей.
Общая теория относительности Эйнштейна трактует гравитацию как искривление пространства-времени – геометрическую модель, предназначенную для объяснения движения и взаимодействия массивных объектов, таких как планеты, звезды и другие небесные тела. Квантовая механика, в свою очередь, описывает устройство мира, рассматривая атомы и субатомные частицы, основываясь на вероятностных принципах и дискретные состояния. Каждая из этих теорий прекрасно работает по отдельности, однако все попытки свести их к единому знаменателю обернулись парадоксами и математическими бесконечностями.
Считается, что объединение теорий может решить ряд фундаментальных проблем современной науки, включая загадку космологической постоянной и сингулярности в момент Большого взрыва. Альберт Эйнштейн, как известно, работал над теорией всего до конца своих дней, но успеха, к сожалению, не достиг. Многие современные физики, однако, полагают, что объединить квантовую механику и ОТО в одну теорию невозможно, да и не нужно: например, проблемы космологической постоянной и сингулярности вполне решаются и в рамках одной лишь ОТО.
Тем не менее авторы нового исследования, опубликованного в журнале Reports on Progress in Physics, предложили посмотреть на гравитацию как на калибровочную теорию с четырьмя U(1)-симметриями — в соответствии с электромагнитным, слабым и сильным взаимодействиями, являющимися фундаментальными силами природы).
Теоретическая модель «унифицированная гравитация» разработана для расширения геометрической концепции Эйнштейна, предлагая более компактную и совместимую с квантовой механикой структуру. Центральным элементом этой модели является поле размерности пространства-времени — скалярное поле, которое должно служить мостом между внутренними симметриями Стандартной модели и общей теорией относительности.
В отличие от классической теории гравитации, описывающей пространство-время как динамическую структуру, поле размерности пространства-времени обладает дополнительной «степенью свободы», которая взаимодействует с другими полями посредством симметрий U(1). Эта симметрия является одним из самых простых и фундаментальных видов симметрий в теоретической физике.
Благодаря этой методике Микко Партанен и Юкка Тулкки из Университета Аалто (Финляндия) разработали калибровочную модель гравитации, не требующую искривления пространства. Результаты расчетов, выполненных на основе этой модели, указывают на отсутствие бесконечностей, которые часто препятствуют объединению и являются характерной особенностью других моделей квантовой гравитации. Кроме того, физики сформулировали характеристики гравитона — гипотетической частицы, переносящей гравитационное взаимодействие, что позволило им представить свою работу как смелый шаг к созданию универсальной теории.
Существуют и определенные трудности. Прежде всего, модель не имеет эмпирической базы, позволяющей удостоверить или опровергнуть выдвинутые ею гипотезы. Кроме того, на данном этапе математический анализ структуры, включающей несколько U(1)-симметрий и дополнительные поля, представляется затруднительным. Также остается неясным вопрос о совместимости с общей теорией относительности и Стандартной моделью в условиях экстремальных значений. Таким образом, несмотря на инновационный подход и радикальное переосмысление устройства Вселенной, предложенная финскими учеными концепция, несмотря на ее привлекательность, остается чисто теоретической.