Фізики нарешті пояснили "найбільшу помилку" Ейнштейна: минуло 100 років

Фізики виявили дивовижний зв’язок між квантовою гравітацією та екзотичним квантовим станом матерії, який може пояснити, чому Всесвіт не розширюється з неймовірною швидкістю. Дослідження, опубліковане в журналі Physical Review Letters, припускає, що сама форма простору-часу може захищати космологічну сталу від руйнівних квантових ефектів, пише ScienceDaily.

Одна з найбільших проблем у фізиці пов’язана з параметром, відомим як космологічна стала. Вона вперше з’явилася в рівняннях загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна — найкращого опису гравітації та простору-часу. Ейнштейн вважав Всесвіт статичним. Щоб його рівняння не передбачали колапс Всесвіту, він ввів космологічну сталу як параметр, що протидіє гравітації.

Але в 1929 році стало відомо, що Всесвіт не є статичним, а розширюється. Тому Ейнштейн виключив космологічну сталу зі своїх рівнянь і навіть назвав її "найбільшою помилкою".

У 1998 році астрономи виявили, що розширення Всесвіту прискорюється. І космологічна стала могла пояснити це прискорене розширення, тому її знову включили до опису Всесвіту. Але це створило серйозну проблему.

Згідно з квантовою теорією, порожній простір, вакуум, насправді заповнений частинками, які постійно з’являються та зникають завдяки квантовим коливанням. Вони роблять величезний внесок у енергію вакууму. Ця енергія пов’язана з космологічною константою, а це означає, що стала має бути надзвичайно великою, наближаючись до нескінченності.

Якби космологічна стала була такою великою, Всесвіт розширювався б настільки швидко, що галактики, зірки, планети і, зрештою, життя ніколи б не змогли з’явитися. Спостереження показують, що фактичне значення космологічної постійної неймовірно мале порівняно з тим, що передбачає квантова теорія. Невідповідність між теорією та спостереженнями залишається однією з найбільших проблем фізики.

Тепер вчені запропонували можливе пояснення. Вони вважають, що форма самого простору-часу може перешкоджати збільшенню космологічної постійної до величезних значень. Ця ідея ґрунтується на несподіваному зв’язку між квантовою гравітацією та квантовим ефектом Холла — незвичайним станом матерії, в якому електрична провідність набуває стабільних значень.

Ця стабільність зумовлена топологією — розділом математики, що вивчає базову форму системи. Фізики стверджують, що аналогічна топологія спостерігається у стані Черна-Саймонса-Кодами, який, як припускають, є основним станом квантової гравітації.

За словами вчених, якщо простір-час має таку топологію, то це вирішує проблему космологічної постійної. Усі квантові збурення, які мали б різко збільшити її значення, є інертними завдяки цій топології, яка зберігає значення космологічної постійної стабільним.

Інші новини науки

• Фізики виявили, що поділ частинок світла на частини призводить до складного стану, який може змінити уявлення про елементарні частинки.
• Чому супутники планет не мають власного Місяця: відповідь може здивувати.