Новый подход к квантовой гравитии: энтропия как ключ к тёмной вселенной и объединению физики

11.03.2025 09:42:00 | iXBT.com

Учёные предложили революционный «рецепт» гравитации, способный разрешить загадки современной космологии — от природы тёмной материи и тёмной энергии до объединения общей теории относительности Эйнштейна с квантовой механикой.

Исследование, возглавляемое Гинэстрой Бьянкони, профессором прикладной математики Лондонского университета королевы Марии, предполагает, что квантовая гравитация может возникать из квантовой относительной энтропии — меры различия между квантовыми состояниями. Этот подход не только открывает путь к «теории всего», но и предлагает решения для 95% «тёмной» составляющей Вселенной, остающейся необъяснённой в рамках классической физики.

С момента создания общей теории относительности (ОТО) в 1915 году она остаётся наиболее точным описанием гравитации как искривления пространства-времени под воздействием массы. Однако на квантовом уровне, где доминируют вероятностные законы, ОТО теряет силу. Более века попытки объединить эти две парадигмы, включая работы Эйнштейна и Хокинга, не увенчались успехом. Главным камнем преткновения стало отсутствие теории квантовой гравитии, которая математически согласовала бы оба подхода.

Иллюстрация: NASA

Работа Бьянкони предлагает инновационный подход: метрика пространства-времени из ОТО, описывающая геометрию через расстояния и интервалы между событиями, трактуется как оператор — математический объект, преобразующий квантовые состояния. Это позволяет вывести новое «энтропийное действие» и модифицированные уравнения Эйнштейна. В областях с низкой энергией и слабой кривизной они совпадают с классическими, но при экстремальных условиях (например, вблизи чёрных дыр или на квантовых масштабах) предсказывают появление космологической постоянной с положительным значением.

Расчёты показывают, что значение этой постоянной лучше согласуется с наблюдаемым ускоренным расширением Вселенной под влиянием тёмной энергии (68% её состава), чем предсказания других современных теорий. Кроме того, модель предсказывает существование «G-поля», которое может объяснить гравитационные эффекты, приписываемые тёмной материи (27% состава).

«Наша работа предполагает, что квантовая гравития имеет энтропийное происхождение, а G-поле — возможный кандидат на роль тёмной материи», — заявила Бьянкони.

Хотя теория находится на ранней стадии, её потенциальные следствия фундаментальны. Если гипотеза подтвердится, то это не только объединит ОТО и квантовую физику, но и закроет «слепые пятна» современной космологии, связанные с 95% неизученной материи-энергии Вселенной.

Однако учёные подчёркивают: для проверки потребуются новые эксперименты, включая анализ гравитационных волн и данных космических телескопов. Возможно, человечество стоит на пороге пересмотра самого понятия пространства-времени — через призму энтропии и квантовой запутанности.

Подробнее