В новом исследовании, физик Джинестра Бьянкони, профессор прикладной математики Лондонского университета королевы Марии, предложил новую структуру, которая может изменить понимание гравитации и ее связи с квантовой механикой. Работа опубликована в журнале Physical Review D.
Согласно новой теории, гравитация связана с квантовой энтропией
В новом исследовании, физик Джинестра Бьянкони, профессор прикладной математики Лондонского университета королевы Марии, предложил новую структуру, которая может изменить понимание гравитации и ее связи с квантовой механикой.
Диаграммное представление энтропийного квантового гравитационного действия. Действие гравитации определяется квантовой относительной энтропией между метрикой многообразия и метрикой, индуцированной полем материи и геометрии. Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/PhysRevD.111.066001
Разрыв между двумя наиболее фундаментальными, но несовместимыми теориями в физике: квантовой механикой и общей теорией относительности Эйнштейна, выглядит сегодня неустранимым, и любые попытки примирить непримиримое можно только приветствовать.
Проблема квантовой гравитации
Классическое представление гравитационного поля.
Десятилетиями физики пытались примирить принципы квантовой механики с принципами общей теории относительности. В то время как квантовая механика управляет поведением частиц в микромасштабах, общая теория относительности описывает силу гравитации в космических масштабах. Объединение этих двух структур остается одной из самых труднодостижимых целей современной науки.
В своей работе профессор Бьянкони предлагает рассматривать метрику пространства-времени, ключевое понятие в общей теории относительности, как квантовый оператор. Этот подход использует квантовую относительную энтропию, концепцию из квантовой теории информации, для описания взаимодействия между геометрией пространства-времени и материей.
Роль энтропии и G-поля
Исследование вводит новое энтропийное действие, которое количественно определяет разницу между метрикой пространства-времени и метрикой, индуцированной полями материи.
Этот подход приводит к модифицированным уравнениям Эйнштейна, которые при низких энергиях и малой кривизне, сводятся к классическим уравнениям общей теории относительности. Однако теория идет дальше, предсказывая появление малой положительной космологической постоянной — значения, которое согласуется с экспериментальными наблюдениями ускоренного расширения Вселенной гораздо лучше, чем для других ранее существовавших теорий.
Ключевой особенностью теории является введение G-поля, вспомогательного поля, которое действует как множитель Лагранжа. G-поле не только играет решающую роль в модифицированных уравнениях гравитации, но и открывает возможность новых интерпретаций темной материи — загадочной субстанции, которая составляет значительную часть массы Вселенной, но которую еще предстоит непосредственно наблюдать.
Более широкие выводы и будущие направления
Квантовая гравитация — это попытка объединить несовместимые миры квантовой механики и гравитации.
Связывая гравитацию с квантовой теорией информации, исследование открывает потенциальный путь к единой теории квантовой гравитации. Более того, G-поле может предложить новые идеи о природе темной материи, давней загадке в космологии.
«Эта работа предполагает, что квантовая гравитация имеет энтропийное происхождение, и предполагает, что G-поле может быть кандидатом на темную материю», — объясняет профессор Бьянкони. — «Кроме того, эмерджентная космологическая константа, предсказанная нашей моделью, может помочь разрешить расхождение между теоретическими предсказаниями и экспериментальными наблюдениями расширения Вселенной».
Хотя для полного изучения выводов этой теории необходимы дальнейшие исследования, работа представляет собой значительный шаг вперед в стремлении понять фундаментальную природу Вселенной.
Работа профессора Бьянкони открывает новые пути для исследований. Рассматривая пространство-время как квантовую сущность и опираясь на идею энтропии, связанную с метриками пространства-времени, исследование может проложить путь к более глубокому пониманию гравитации, квантовой механики и самого космоса.