Fizičari su preispitali temeljnu prirodu gravitacije s novom teorijom

Skupina znanstvenika predstavila je novu teoriju koja pokušava pomiriti dvije naizgled nespojive teorijske paradigme u fizici: Einsteinovu opću teoriju relativnosti i kvantnu teoriju. “Ova teorija dovodi u pitanje naše dosadašnje shvaćanje temeljne prirode gravitacije,” izjavio je jedan od sudionika istraživačkog tima.

Jonathan Oppenheim, teoretičar fizike s University College London, objavio je ovaj rad u časopisu Physical Review X. U suradnji s kolegama Carlom Sparaciarijem i Zacharyjem Weller-Daviesom s UCL-a te Barbarom Šodom iz Perimeter Instituta za Teorijsku Fiziku u Kanadi, objavio je i dodatni članak u Nature Communications, koji predstavlja eksperimentalni pristup testiranju nove teorije.

Kako piše VICE, opća teorija relativnosti trenutno nudi najbolje objašnjenje za gravitaciju, sugerirajući da masa utječe na zakrivljenost prostor-vremena, a čestice se kreću u skladu s tim deformacijama. Kvantna teorija, s druge strane, bavi se ponašanjem najmanjih čestica te objašnjava druge sile, poput elektromagnetske, kroz razmjenu čestica.

Međutim, ove dvije temeljne teorijske strukture opisuju svemir na fundamentalno različitim razinama – dok opća relativnost obrađuje događaje na makro razini s određenošću i kontinuitetom, kvantna teorija fokusira se na atomsku razinu, gdje događaji imaju određenu vjerojatnost i mogu se dogoditi u iznenadnim skokovima. Ovaj jaz između teorija predstavlja značajan problem, jer ni jedna od njih pojedinačno ne može objasniti fenomene i na atomskoj i na kosmičkoj razini, a kvantna teorija posebno ima poteškoća u objašnjavanju gravitacije kao sile.

Do sada su fizičari uglavnom pokušavali riješiti ovaj problem “kvantizacijom” opće relativnosti, tj. pretvaranjem kontinuiranih pojmova poput vremena u diskretne jedinice. Ovo je osnovni pristup teorije struna i petlje kvantne gravitacije. Na primjer, teorija struna predlaže da je svemir sačinjen od mnoštva struna koje vibriraju na različitim frekvencijama, stvarajući različite čestice.

“Bitno je shvatiti kako riješiti ovu kontradikciju,” naglasio je Oppenheim. “Trebamo li kvantizirati prostor-vrijeme, prilagoditi kvantnu teoriju, ili je rješenje nešto potpuno drugačije?”

Novopredložena teorija kombinira ova dva temeljna principa, sugerirajući da je prostor-vrijeme klasično, odnosno da nije podložno kvantnoj teoriji, ali u kombinaciji s modificiranom kvantnom teorijom. Ovaj pristup implicira da je prostor-vrijeme, čak i na najmanjim razinama, kontinuirano i ne sastoji se od diskretnih skokova. U isto vrijeme, prostor-vrijeme bi imalo određenu razinu nasumičnosti, slično kvantnim poljima. Iako to unosi element nepredvidljivosti u svemir, ključno je za usklađivanje ova dva principa.

Znanstveni sukob

“U ovoj teoriji, sukob između klasične prirode gravitacije i prostor-vremena te kvantne prirode materije koja ‘živi’ unutar prostor-vremena rješava se otkrićem da prostor-vrijeme, iako klasično, pokazuje određenu nasumičnost u svom ponašanju,” objasnila je Šoda, postdoktorska istraživačica na Perimeter Institutu, u komunikaciji za Motherboard. “Ova nasumičnost u ponašanju prostor-vremena neophodna je za dosljednu interakciju s kvantnim poljima.”

Prema ovoj teoriji, moguće je da bi objekti mogli imati blago različite težine ovisno o trenutku mjerenja. Budući da je težina posljedica djelovanja gravitacije na objekt, razlike u mjerenjima težine mogu ukazivati na nasumičnost prostor-vremena. No, za takvu preciznost mjerenja potrebna je iznimna tehnološka preciznost.

Drugi članak, kojeg je koautorica Šoda, predstavlja eksperimentalni dizajn za testiranje teorije. Jedan od mogućih eksperimenata uključuje ultra-precizno mjerenje težine bivšeg međunarodnog prototipa kilograma kako bi se utvrdile suptilne promjene težine tijekom vremena.

Iako ovaj pristup nije univerzalno prihvaćen u znanstvenoj zajednici, posebno od strane fizika Carla Rovellija s Centra za Teorijsku Fiziku de Luminy u Francuskoj i Geofa Peningtona s UC Berkeleyja, on nudi nove mogućnosti za eksperimentalno testiranje. “Spekulacije su dobrodošle, pogotovo ako se mogu testirati eksperimentalno. Međutim, većina spekulacija na kraju se pokaže netočnima,” komentirao je Rovelli za The Guardian, dodavši kako smatra da su tvrdnje o ‘novoj teoriji koja spaja Einsteinovu gravitaciju s kvantnom mehanikom’ možda pretjerane.

Sougato Bose, profesor fizike na UCL-u, koji nije bio izravno uključen u ove najnovije radove, izrazio je nadu da će nova teorija i budući eksperimenti pomoći u rješavanju ovog dugogodišnjeg teorijskog sukoba. “Eksperimenti za testiranje prirode prostor-vremena zahtijevaju veliki napor, ali su od krucijalne važnosti za razumijevanje temeljnih zakona prirode,” izjavio je Bose. “Vjerujem da su takvi eksperimenti izvedivi – iako je teško predvidjeti, možda ćemo imati odgovore u sljedećih 20 godina.”

Šoda se slaže s ovim mišljenjem, dodajući: “Svaki novi eksperiment zaslužuje pažnju. Naši kolege eksperimentalni fizičari imaju inovativne metode testiranja naših teorija, i optimističan sam da će ovo istraživanje donijeti zanimljive rezultate.”

Međutim, ne treba prerano donositi zaključke. Iako su izvještaji već gotovo desetljeće nagovještavali mogućeg pobjednika u ovoj teorijskoj trci, do sada nije bilo konačnog rješenja. “Pomirenje kvantne teorije s teorijom gravitacije jedan je od najvećih izazova moderne fizike. Do sada, naši pokušaji u tom smjeru bili su neuspješni,” priznao je Oppenheim u jednoj od svojih ranijih izjava.

Ovaj novi teorijski pristup, iako kontroverzan, otvara vrata novim mogućnostima u razumijevanju temeljnih principa svemira. Kroz daljnja istraživanja i eksperimente, znanstvena zajednica teži ka pronalasku odgovora na neka od najkompleksnijih pitanja koja su ikada postavljena u fizici. Bez obzira na ishod, ova nova teorija i njeni potencijalni eksperimentalni dokazi sigurno će biti važan korak u evoluciji našeg razumijevanja svemira.

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr