Új elmélettel egyesítenék a gravitációt és a kvantumilágot

A fizikusok egy újszerű módszert dolgoztak ki az egyik legmakacsabb elméleti fizikai problémára: a gravitáció és a kvantumvilág egységesítésére.

Egy friss tanulmányban a kutatók egy olyan újragondolt modellt mutatnak be, amely teljes mértékben kompatibilis lehet a kvantumelmélettel – ráadásul nem igényel plusz dimenziókat vagy egzotikus elemeket, mint például a húrelmélet.

A javaslat lényege, hogy alapvetően újra kell értelmezni a gravitáció működését. Míg az elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatásokat a kvantumtérelmélet keretein belül írjuk le – amely magában foglalja a bizonytalanságot és a hullám-részecske kettősséget –, addig a gravitáció továbbra is kivétel marad.

Einstein általános relativitáselmélete klasszikus elméletként kezeli a gravitációt, amely a téridő geometriájának tömeg és energia által kiváltott görbülését írja le. Azonban a kvantumelmélet és az általános relativitás összeegyeztetése eddig súlyos matematikai ellentmondásokba ütközött, például végtelen valószínűségek formájában, írja a Live Science.

Az új megközelítés a gravitációs mezőt úgy értelmezi újra, hogy az hasonlítson a jól ismert kvantumtérelméletek szerkezetéhez. Mikko Partanen, a finn Aalto Egyetem fizikusa szerint „a kulcs az, hogy az elméletünk egy új utat kínál a kvantumgravitáció felé, amely hasonlít a standard modell többi alapvető kölcsönhatásának leírásához.”

Illusztráció. Kiemelt kép: depositphotos.com

Ahelyett, hogy a téridőt görbítené, az új modellben a gravitációt négy egymással összefüggő mező közvetíti, amelyek mindegyike hasonló az elektromágnesességet leíró mezőkhöz. Ezek a mezők a tömegre úgy reagálnak, mint az elektromos és mágneses mezők a töltésre és az áramra. Emellett kölcsönhatásba lépnek egymással és a standard modell mezőivel, így az elmélet klasszikus szinten reprodukálja az általános relativitáselméletet, miközben lehetővé teszi a kvantumhatások következetes beépítését.

Mivel az új modell hasonló szerkezetű, mint a jól bevált kvantumelméletek, elkerüli azokat a matematikai problémákat, amelyek eddig akadályozták az általános relativitás kvantálását. Az elmélet jól definiált kvantumelméletet eredményez, amely nem produkál fizikailag értelmetlen végteleneket vagy negatív valószínűségeket, amelyek a hagyományos módszerekkel gyakran felmerülnek.

Az új megközelítés egyik legnagyobb előnye az egyszerűsége, ugyanis nem igényel eddig fel nem fedezett részecskéket vagy új erőket. Jukka Tulkki, aki szintén az egyetem professzora, kiemelte, hogy elméletük nem igényel extra dimenziókat, amelyeknek nincs közvetlen kísérleti bizonyítékuk, és nem tartalmaz szabad paramétereket a már ismert fizikai állandókon kívül.

Röviden ez azt jelenti, hogy az elméletet közvetlenül lehet tesztelni anélkül, hogy új részecskék felfedezésére vagy a fizika törvényeinek módosítására várnánk. Tulkki szerint „bármely jövőbeni kvantumgravitációs kísérlet közvetlenül használható lesz az elmélet előrejelzéseinek tesztelésére”.

Bár az elmélet ígéretes, még korai stádiumban van. Az előzetes számítások szerint jól viselkedik a megszokott konzisztencia-ellenőrzéseken, de a teljes matematikai bizonyítás még hátravan. Emellett a keretrendszert még nem alkalmazták olyan mélyreható gravitációs kérdésekre, mint a fekete lyukak szingularitásainak vagy az ősrobbanás fizikai hátterének vizsgálata. Partanen szerint „az elmélet még nem képes ezekre a nagy kihívásokra válaszolni, de a jövőben erre is lehetőséget nyújthat.”

A kísérleti igazolás is nehéz feladatnak ígérkezik, hiszen a gravitáció a legerősebb ismert kölcsönhatásnál sokkal gyengébb, és a kvantumhatásai rendkívül finomak. „A kvantumgravitációs hatások tesztelése kihívást jelent a gravitációs kölcsönhatás gyengesége miatt.” Ugyanakkor az elmélet paramétermentessége miatt bármely jövőbeni kísérlet, amely a kvantumgravitációs viselkedést vizsgálja, megerősítheti vagy cáfolhatja az új modellt.

Partanen és Tulkki munkája új irányt nyit a kvantumgravitáció keresésében, amely a részecskefizika sikeres kereteire építve próbálja megoldani az egyik legmélyebb fizikai rejtélyt. Bár az első kísérleti áttörésekre még évtizedeket kell várni, az elmélet már most izgalmas lehetőségeket kínál a fizika alapjainak újragondolására és a világegyetem titkainak feltárására.

Érdemes elolvasni:

• Csillagászok 10 milliárd fényév hosszú valamit találtak az űrben
• Eddig soha nem észlelt, rejtélyes fényimpulzusokat észleltek egy távoli csillag körül
• Most nyílt meg Budapest új űrkiállítása – Ne maradj le a HUNIVERZUM élményről!