Гравитация может быть следствием квантовых флуктуаций

Со времен Эйнштейна ученые пытаются объединить две основных теории, объясняющих нашу реальность — квантовую механику, занимающуюся взаимодействием мельчайших частиц материи, и общую теорию относительности, описывающую гравитацию и явления вселенского масштаба. Антуан Тиллой из Института Макса Планка подошел к гравитации с позиций квантовой механики.

В квантовой теории состояние частицы описывается волновой функцией. Она позволяет вычислить, например, вероятность нахождения частицы в том или ином месте. До измерений неизвестно, существует ли частица, и если да, то где. Реальность, таким образом, создается из акта измерения, вызывая «коллапс» волновой функции.

Но квантовая механика не может определить, что такое измерение. Например, требуется ли для этого разумный человек? Эта проблема приводит нас к парадоксу кота Шредингера, в котором тот может быть жив и мертв, пока не откроют коробку.

Одно из решений таких парадоксов состоит в модели Жирарди — Римини — Вебера (GRW), разработанной в конце 1980-х. В ней имеют место «вспышки», спонтанные коллапсы волновой функции квантовых систем. Результат получается такой же, как если бы измерения имели место, но при отсутствии явного наблюдателя.

Тиллой модифицировал эту модель, чтобы показать, как она может привести к теории гравитации. В его рассуждениях, когда вспышка уничтожает волновую функцию и заставляет частицу оказаться в одном месте, она в тот же момент пространства-времени создает гравитационное поле. Массивная квантовая система с большим числом частиц — это результат многочисленных вспышек, порождающих флуктуирующее гравитационное поле.

Оказывается, что среднее значение этих флуктуаций и есть гравитационное поле, соответствующее ньютоновской теории гравитации. Этот подход к унификации гравитации и квантовой механики называется квазиклассическим: гравитация возникает из квантовых процессов, но остается классической силой. «Нет никаких реальных оснований игнорировать этот квазиклассический подход», — считает Тиллой.

Модель Тиллоя позволяет выдвинуть предположения, которые можно проверить. Например, она предсказывает, что гравитация будет вести себя иначе на атомном уровне, чем она ведет себя в крупном масштабе. Если эксперименты подтвердят, что его модель отражает реальность, и гравитация действительно происходит из квантовых флуктуаций, наука сделает большой шаг к созданию теории всего, пишет New Scientist.

По мнению ряда ученых, квантовая теория в нынешнем ее виде долго не продержится. Некоторые из них хотят переосмыслить ее, чтобы понять, какую же реальность она описывает.