Физики наконец-то объяснили "самую большую ошибку" Эйнштейна: прошло 100 лет

Физики обнаружили удивительную связь между квантовой гравитацией и экзотическим квантовым состоянием материи, которая может объяснить, почему Вселенная не расширяется с невероятной скоростью. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, предполагает, что сама форма пространства-времени может защищать космологическую постоянную от разрушительных квантовых эффектов, пишет ScienceDaily.

Одна из самых больших проблем в физике связана с параметром, известным как космологическая постоянная. Она впервые появилась в уравнениях общей теории относительности Альберта Эйнштейна, лучшем описании гравитации и пространства-времени. Эйнштейн считал Вселенную статичной. Чтобы его уравнения не предсказывали коллапс Вселенной, он ввел космологическую постоянную как параметр, противостоящий гравитации.

Но в 1929 году стало известно, что Вселенная не статична, а расширяется. Поэтому Эйнштейн исключил космологическую постоянную из своих уравнений и даже назвал ее "самой большой ошибкой".

В 1998 году астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. И космологическая постоянная могла объяснить это ускоряющееся расширение, а потому ее вернули снова в описание Вселенной. Но это создало серьезную проблему.

Согласно квантовой теории пустое пространство, вакуум, на самом деле, заполнено частицами, которые постоянно появляются и исчезают с помощью квантовых колебаний Они вносят огромный вклад в энергию вакуума. Эта энергия связана с космологической постоянной, а это значит, что постоянная должна быть чрезвычайно большой, приближаясь к бесконечности.

Если бы космологическая постоянная была такой большой, Вселенная расширялась бы настолько быстро, что галактики, звезды, планеты и, в конечном итоге, жизнь никогда бы не смогли появиться. Наблюдения показывают, что фактическое значение космологической постоянной невероятно маленькое по сравнению с тем, что предсказывает квантовая теория. Несоответствие между теорией и наблюдениями остается одной из самых больших проблем физики.

Теперь ученые предложили возможное объяснение. Они считают, что форма самого пространства-времени может препятствовать увеличению космологической постоянной до огромных значений. Эта идея основана на неожиданной связи между квантовой гравитацией и квантовым эффектом Холла, необычном состояние материи, в котором электрическая проводимость принимает стабильные значения.

Эта стабильность обусловлена топологией, разделом математики, изучающим лежащую в основе форму системы. Физики утверждают, что аналогичная топология появляется в состоянии Черна-Саймонса-Кодамы, предполагаемом основном состоянии квантовой гравитации.

По словам ученых, если пространство-время обладает такой топологией, то это решает проблему космологической постоянной. Все квантовые возмущения, которые должны были бы резко увеличить ее значение, инертны благодаря этой топологии, которая сохраняет значение космологической постоянной стабильным.

Другие новости науки

• Физики обнаружили, что разделение частиц света на части приводит к сложному состоянию, которое может изменить представление об элементарных частицах.
• Почему у спутников планет нет своей собственной Луны: ответ может удивить.