Паралелните светове съществуват!

Физикът теоретик Джоузеф Полчински от Калифорнийскияя университет в Санта Барбара прогнозира годината на създаването на квантовата теория на гравитацията.

Според учения това ще се случи през 2131 година, а в основата е теорията на струните, която повечето съвременни физици и математици признават за единствен кандидат за ролята на теория на всичко.

Съображенията на Полчински – лауреат на наградата Fundamental Physics Prize, основана от руския предприемач Юрий Полчински, са изложени в arXiv.org.

В процеса на развитие на физиката се изследват все по-малки мащаби на разстояния и все по-големи мащаби на енергия. В началото на ХХ век учените получили първата представа за явленията, протичащи на атомни мащаби. Днес на физиците са достъпни мащаби от 10^-17 сантиметра, отговарящи за експериментите на Големия адронен колайдер, позволили да се открие бозонът на Хигс.

Съпоставяйки етапите и темповете на развитие на физиката през ХХ и началото на XXI век, Полчинский прогнозира, че към 2131 година окончателно ще бъде формулирана квантовата теория на гравитацията. За тази цел ученият е разгледал еволюцията на физиката за последните повече от сто години и е съпоставил постиженията на човечеството за едни или други мащаби енергия от времето на това събитие.

През 1899 година немският физик Макс Планк въвежда разглеждането на дължина, наречена на негово име, съставена от фундаментални константи (константата на Планк, гравитационната константа и скоростта на светлината във вакуум) и равна на 10^-30 сантиметра. Днес за съвременните експерименти тази величина, на която действа теорията на струните, се смята за недостижима.

Мащабът 10^-17 сантиметра на логаритмичната скала отговоря на средата на разстоянието. Съответно до създаването на теория на всичко остава толкова време, колкото е изминало от въвеждането на Планковата дължина в науката – 116 години.

Последната, в случай на успех, ще позволи да се опишат всички четири известни днес фундаментални взаимодействия – електромагнитно, слабо, силно и гравитационни. Първите три взаимодействия успешно се описват от Стандартния модел (СМ) на физиката на частиците, а последното – от общата теория на относителността (ОТО). Досега никой не е успял да обедини СМ и ОТО, а решението на тази задача е обявено за една от главните цели на теорията на струните.

В анотацията към своята работа Полчински е засегнал двата главни проблема за квантовата теория на гравитацията. Първият е свързан с изключително малката Планкова дължина. Вторият – с произвола, в резултат на който наблюдаваните фундаментални константи са приели съвременните стойности.

Според Полчински именно теорията на струните ще позволи да се прояснят тези и четири други въпроса на физиката на елементарните частици. Сред тях са уникалността на струнната динамика, извеждането на физични закони от геометрията на пространство-времето, дуалността на калибровъчните теории (описващи полето на Стандартния модел) и струните и квантовата механика на черните дупки.

Планковата дължина позволява, според Полчински, позволява да се осигури необходимото „размазване“ на взаимодействията, обясняващо непренормируемостта (невъзможността за отстраняване на разминаванията) на теорията на гравитацията.

Според Полчински на Планкови мащаби стават съществени флуктуациите на пространство-времето. Те формират така наречената пространствено-времева пяна и осигуряват наблюдаваното разминаване в наивната версия на квантовата гравитация. Като исторически пример ученият дава теорията на Енрико Ферми, която добре описвала слабото взаимодействие, но била непренормируема.

Чак след като Стивън Уайнбърг, Шелдън Глашоу и Абдус Салам създали пренормируема електрослаба теория, обединяваща електромагнитното и слабото взаимодействие и въвеждаща междинни електрослаби бозони, станало ясно, че теорията на Ферми се явява нискоенергийно приближаване до друг, по-общ модел. Полчински смята, че същото ще се случи и с квантовата гравитация.

Уникалността на динамиката на теорията на струните се свързва от Полчински с наличието само на един параметър, необходим за описание на природата – така наречената струнна константа.

В своята статия Полчински споменава важността на квантовите флуктуации за решаване на уравненията на струнната теория. Независимо че съвременните уравнения на квантовата теория на полето и ОТО добре описват наблюдавания свят на достъпни експериментални мащаби, те допускат модификация, непротиворечаща на първопринципите на тези теории. Това води към ненаблюдавани днес ефекти, които се явяват съществени за Планковия мащаб.

Дуалността на калибровъчните теории и квантовата гравитация, разбирана като холография, според Полчински ще позволи да се опишат физиката на частиците и привличането по единен начин. Холографският принцип, предложен през 1993 година от нидерландския физик Герардус ’т Хоофт, твърди, че за математическо описание на който и да е свят е достатъчна информацията, която се съдържа на неговата външна граница (балк) – представата за обект с голяма размерност в този случай може да се получи от холограмите с малка размерност.

Прилагано към теорията на струните, принципът се въплъщава в идеята на AdS/CFT-съответствието, посочена през 1998 година от Хуан Малдасена. В тази хипотеза еквивалентността на описанието на физиката в специални пространства води към съществуването на наблюдавана еднозначна връзка между тях – дуалност. Математически това се проявява в наличието на съотношение, позволяващо да се изчислят параметрите на взаимодействието на частиците (или струните) на една от теориите, ако са известни тези за другата.

Произволът в стойностите на наблюдаваните фундаментални константи, според Полчински, макар и да е сериозна трудност пред теорията на всичко, все пак може да проясни някои универсални особености на природата (например съществуването на Мегавселена).

Като главен признак, теоретично сочещ съществуването на паралелни светове, Полчински посочва ненулевата стойност на космологичната константа. Според учения повечето теории на струните включват Мегавселена. В такива модели присъства ненулева космологична константа.

Тоест според Полчински едното не може без другото. Освен това физикът оценява вероятността от съществуването на Мегавселена на 94%.

„Може да не се съгласите с моята оценка от 94%, но няма никакъв рационален аргумент в полза на това, че Мегавселената не съществува, или че това е слабо вероятно“, пише Полчински.

Ученият е оптимист спрямо перспективите за формулировка на квантовата гравитация (в рамките на теорията на струните), продължава да работи в тази насока и не изключва, че построяването на теория на всичко ще завърши по-рано – преди прогнозираната от него 2131 г.

Lenta.ru (със съкращения)