Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

Полученный результат предполагает, что принцип причинности может объяснить, почему мы живем в четырехмерной Вселенной. Но в CDT -модели пространство-время является четырехмерным только на больших масштабах. На крошечных масштабах модель превращается в двумерную с фрактальной структурой пространства-времени, неровной и зазубренной, со все более отчетливой прорисовкой деталей по мере увеличения масштаба. Реальность может быть слегка «потерта» по краям.

Физики, пытающиеся примирить гравитацию с квантовой механикой, приветствовали теорию, появившуюся «на кончике пера», которая может все упростить. Пространство-время представляет собой концепцию, которая хорошо нам послужила, но если физик Пётр Хорава прав, то это всего лишь мираж. Хорава, который работает в Калифорнийском университете в Беркли (штат Калифорния, США), хочет разорвать эту ткань и освободить время и пространство друг от друга.

Одной из ключевых идей теории относительности является симметрия Лоренца: все наблюдатели, двигающиеся с постоянной скоростью, выражают согласие по поводу законов физики и положения событий в пространстве-времени. Но что если эта симметрия есть не фундаментальное свойство природы, а нечто, возникшее в процессе охлаждения Вселенной после огненного шара Большого взрыва?

В 2009 году Хорава внес исправления в уравнения Эйнштейна, удалив симметрию Лоренца. К его удовольствию, это привело к системе уравнений, описывающих гравитацию с тех же самых квантовых позиций, которые справедливы и для других фундаментальных сил природы: гравитация возникает как сила притяжения благодаря квантовым частицам, называемым гравитонами, так же как электромагнитное взаимодействие переносится фотонами.

Гравитацию Хоравы можно изучать с помощью того же самого математического аппарата, который был разработан для трех других фундаментальных взаимодействий природы. Отчасти поэтому эта идея с таким увлечением была подхвачена многими физиками. Она могла помочь разрешить застарелую проблему темной материи. Когда Синдзи Мукойяма из Токийского университета (Япония) вывел уравнения движения из теории Хоравы, он обнаружил, что в них присутствует новый член, которого не было в уравнениях, выводимых из общей теории относительности, и что этот новый член имитирует свойства темной материи. В зависимости от его значения мы можем либо частично, либо почти полностью избавиться от темной материи.

С темной энергией, в отличие от темной материи, так просто разобраться не получается. Теории физики элементарных частиц предсказывают, что концентрация темной энергии должна быть на 120 порядков больше, чем наблюдаемое значение. Но теория Хоравы содержит параметр, который можно плавно подстроить, чтобы уменьшить энергию вакуума, предсказываемую физикой элементарных частиц.

Наши надежды, направленные на создание теории всего, связаны с разрушением баланса, на который так уповал Эйнштейн. Современная физика ненадежно сбалансирована на невероятном совпадении, связанном с тем, как мы представляем себе массу и как мы ее определяем. Эйнштейн утверждал, что это совпадение – изначальное свойство природы и использовал этот «принцип эквивалентности» как основу для создания своей общей теории относительности. Но если мы хотим найти некую более общую, лучшую теорию, которая сможет объединить гравитацию с другими силами, с принципом эквивалентности придется расстаться.

Существует несколько вариантов принципа эквивалентности, но все сводятся к одной идее: действие гравитационных полей неотличимо от действия ускоренного движения. На человека, стоящего в лифте на планете Земля, действует сила притяжения, направленная вниз. Запустите лифт в дальний космос на ракете, и если ракета будет лететь с ускорением, пассажир будет испытывать точно такое же притяжение. Инерция пассажира не даст ему парить в кабине. Инерция – естественное сопротивление любого тела действию ускорения. Этот же эффект вдавливает вас в спинку сиденья машины, когда водитель нажимает на газ.

У этих двух ситуаций с лифтом одна причина – масса. Однако масса массе рознь. Одна – гравитационная масса – отвечает на силу притяжения, стремясь придать телу ускорение в гравитационном поле. Другая – инертная масса – является свойством тела, которое противодействует любому ускорению. Еще один способ сформулировать принцип эквивалентности – сказать, что эти две массы всегда численно равны друг другу. Если бы это было не так, тела с разными массами падали бы на Землю с разными скоростями. Фактически равенство гравитационной и инертной масс определяет любое движение под действием гравитации во всей Вселенной. Если бы гравитационная масса реагировала на гравитацию немного сильнее, чем инертная масса на ускорение, то планеты вращались бы вокруг своих светил, а звезды вокруг центров своих галактик немного быстрее, чем они это делают сейчас.