Новое время - 2

               

                Квантовая гравитация



Квантовая гравитация.
Почему снова о ней?
На вопрос «почему», ответ простой! Потому что она – квантовая гравитация - единственное препятствие на пути построения, так называемой, «теории всего».
А почему «снова»?
Ответ тоже не сложный!
Потому что современная наука не топчется на одном месте, а предпринимает все новые и новые попытки связать воедино квантовую механику с общей теорией относительности.
Ну и в чем загвоздка? – напрашивается сам собой третий вопрос.
Ответ и на этот раз простой! Во все своей совокупности обе эти теории опираются на разные принципы.
И наконец, последний вопрос; - Зачем нам это надо!
И ответ на этот вопрос сложный!

***

Квантовая механика – это раздел физики, фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в малых масштабах, то есть природу атомов, молекул, атомных ядер и субатомных частиц. Однако возникала она не из совокупности существовавших теорий, описывающих различные аспекты природы, как это свойственно для классической физики, а постепенно из теорий, объясняющих наблюдения, которые не отвечали понятиям классической физики. И если классическая физика проявляет себя в больших макроскопических (видимых) масштабах, то квантовая механика обычно используется в микроскопических (невидимых) системах.
Что касается Общей теории относительности – ОТО, предложенной Альбертом Эйнштейном в 1915-1916 годах, то сегодня это общепринятая теория тяготения или теория гравитации, или теория притяжения, которая описывает гравитацию, как проявление геометрии пространства-времени, то есть, иными словами, это физическая модель, которая объединяет пространство и время в единую четырехмерную структуру. Все события в пространстве-времени определяются четырьмя координатами – тремя пространственными (длина ширина высота) и одной временной. К тому же ОТО описывает, как большие массы, такие как планеты и звезды, искривляют пространство-время вокруг себя.
И наконец, квантовая гравитация – это что?
Это мечта!
И одно из направлений исследования в теоретической физике, смысл которого состоит в объединении квантового гравитационного взаимодействия с остальными тремя известными фундаментальными взаимодействиями (электромагнитным, сильным, и слабым). Но, не смотря на многолетние активные и упорные научные исследования, теория квантовой гравитации так и не была построена, то есть не обрела свою естественную живую научную жизнь,

***

Есть и еще кое-что.
Так при переходе от классической гравитации к квантовой потребуется произвести квантование или, иными словами, замену классических, то есть не квантовых теорий в физике, на квантовые. А это классическая механика, классическая электродинамика, теория гравитации Ньютона и теория теплопередачи (кинетическая теория).
И тогда возникает интересный вопрос – потребуется ли квантование для самой геометрии. Ведь как известно концепция «пространство-время» или «пространственно-временной континуум» — это физическая модель, которая объединяет пространство и время в единую четырехмерную (длина ширина высота и время) структуру или, как сейчас принято говорить, геометрию и выросла она из теории относительности Альберта Эйнштейна. Это именно он доказал, что пространство и время абсолютны, что они взаимосвязаны и более того зависят от скорости движения объекта и гравитационного поля.
Таким образом, подобные взаимосвязи не могут ни вызвать вполне справедливого вопроса о том, требуется ли в данном аспекте квантование геометрии самого пространства-времени.

***

И это еще не все!
Совсем не лишним будет упомянуть и о таком важном факторе, как Планковская длина.
Для тех, кто просматривал ранние серии, такие как «Интеллектуальный Космос» и «Тонкая настройка Вселенной» кое-какое представление о Планковской длине имеет.
Планковская длина и в самом деле длина, естественная единица измерения, но составленная из фундаментальных констант – скорости света, постоянной Планка и гравитационной постоянной. В Международной системе единиц (СИ) она равна, примерно, 1.60 – 35 метров. Однако особенность ее состоит не в этом, а в том, что она является нижним пределом расстояния, на котором действуют известные физические законы, излагаемые общей теорией относительности и квантовой физикой.
При этом, если случается по каким-либо обстоятельствам передвинуть любой объект на одну Планковскую длину в сторону, то отследить его местоположение будет невозможно. И что еще не менее важно, это то, что в масштабах Планковской длины и меньше, привычная для нас геометрия не работает.
Что касается текущей тематики, то геометрия пространство-времени, описанная общей теорией относительности, на расстояниях порядка Планковской длины и меньше теряет смысл из-за квантовых эффектов. То есть геометрия пространства-времени искривляется и события характерные для классической физики, видоизменяются до явлений, которые происходят в микромире. А это значит, что они обретают вероятностный характер, когда нет возможности твердо заявить, что наблюдаемый или изучаемый объект находится в определенной точке. Однако с определенной вероятностью предположить можно.
О чем это говорит?
Все о том же, с чего и начинали!
Наука находится в критическом поиске некой гипотетической теории, которая волшебным образом способна объединить теорию тяготения (ОТО) и квантовую механику в единый образ – в квантовую гравитацию!

***

Но так ли подобное соитие необходимо современному миру?
Да, в настоящее время Общая теория относительности весьма успешная теория гравитации. Во-первых, она не плохо опробована временем, во-вторых, широко используется в астрономии и инженерных системах таких, как спутниковые навигации, и, наконец, в-третьих, отлично подтверждена наблюдениями.
И все-таки, несмотря на ее очевидный успех, теория имеет явные границы своей применимости, что касается появления неустранимых физических состояний при рассмотрении черных дыр и геометрии пространства и времени.
Несколько слов о черных дырах.
Нет никакого смысла раскручивать эту тему целиком, потому что чуть выше, где описывались квантовые эффекты, связанные с Планковской длиной, речь как раз и шла о черных дырах, вблизи которых общая теория относительности вступает в противоречия с квантовой теорией. И это противоречие нарушает привычный ход вещей, при которых информация искажается.
И здесь как бы открывается вторая суть истории. С точки зрения квантовой механики никакая информация о состоянии материи пропасть не может! Но, с другой стороны, предполагается, что в черной дыре вещество, а вместе с ним и информация исчезают навсегда. И это большая и неразрешимая в ближайшем будущем проблема, которая, как ни крути, сводится к теории квантовой гравитации.

***

При этом более, чем очевидно, что все попытки прорваться в Большой Космос тем или иным образом, категорически пресечены.
И не важно кем!
Не важно, под каким именем он известен!
Космос для нас землян закрыт!
Может быть навсегда. Может быть нет!
Но хочется верить, что Большой Космос в отличие от Земли сохранит себя и останется здоровым и свободным от опасных внешних влияний навечно.
Хочется верить, что, оставаясь закрытым, он избежит жестоких войн, страшных инфекций, смертельных заболеваний, сохранит чистоту и жизнь живой природы, не загадит атмосферу грязными техногенными выбросами, не превратит поля, леса и горы в мусорные свалки, научит новое человечество любить жизнь, друг друга, а более всего детей, которые в таких условиях смогут жить долго и счастливо.
Только так Космос имеет шанс превратится из темного мира в землю обетованную для всех народов, национальностей и веры.
Разве Планковская длина – это ни дорога к звездам, перекрытая шлагбаумом?!
Разве квантовая гравитация – это ни ключ от замка с секретом?!
А черные дыры?
Увидеть их глазами невозможно!
Они потому и черные, что не испускают свет, обладают мощной гравитацией, которая искажает пространство-время и невероятно опасны! Никто и ничто не может вырваться из поля притяжения черной дыры на волю. Это своего рода космический омут, в котором никто и ничто не может уцелеть – ни звезды, ни планеты, ни целые галактики
Прошло более века, более ста лет, когда в 1915 году Альберт Эйнштейн сформулировал уникальную во всех смыслах общую теорию относительности. А начиная с 1925 года и до самой смерти в 1955 году предпринимал отчаянные попытки найти способ превратить классическую гравитацию в квантовую.


***

Однако это вовсе ни значит, что в природе не нашлось энтузиастов, которые бы ни погрузились в эту проблему. И самый популярный из них, о котором имеется немало интересных публикаций в интернете, это Владимир Семенович Леонов. Он известен тем одним и очень важным, что смело и открыто объявил миру о самостоятельном создании фундаментальной теории поля, которую назвал звучно - теорией Суперобъединения.
Однако на самом деле это все таже теория квантовой гравитации, но с другим наполнением. Так если в квантовой физике переносчиком гравитационного взаимодействия является элементарная гипотетическая частица «гравитон», придуманная в 1930 году с намерением объединить квантовую механику с общей теорией относительности, то В.С. Леоновым в 1996 году была придумана частица «квантон».
Что еще интересно, так это то, что согласно теории Суперобъединения, темная материя, о которую физики, можно сказать, постоянно спотыкаются, с точки зрения Леонова, есть ничто иное, как квантованное пространство-время, носителем которого является квант пространства-времени, то есть квантон.
В данном аспекте просто невозможно удержаться от удивления!
Так, следует заметить, поиск частиц темной материи ведется учеными уже более 40 лет. Десятки университетов мирового уровня, не оставляя эту тему без внимания, участвуют во многих научных проектах. По экспертной оценке, на подобные исследования тратятся огромные деньги. Как известно, в настоящее время эта сумма составляет порядка 1млрд. долларов.
И самое главное — это то, что цель исследования по-прежнему остается актуальной.
Но вернемся к теории Суперобъединения.
Так автор теории предполагает, что все пространство вокруг нас плотно заполнено квантонами, что частица квантон состоит из 4 (четырех) не имеющих массы зарядов: двух электрических и двух магнитных. Как ни странно, но по мнению В. Леонова четырехмерное квантованное пространство-время заполнено нулевым элементом, который существует в природе космоса в виде кванта.
Как проповедник философии Космизма, Леонов позиционирует себя продолжателем научных идей и научных мировоззрений великих русских ученых, в частности Дмитрия Менделеева. И суть этого виртуального «взаимопонимания» не просто ясна, а берет свое начало в далеком прошлом, в истории, связанной с первородной материей или с нулевым элементом, или, наконец, с эфиром.

***

Чтобы иметь полное представление, о чем идет речь, остановимся на истории, связанной с эфиром. Эфир – это гипотетическая всепоглощающая среда, колебания которой проявляют себя как электромагнитные волны или видимый свет История светоносного эфира дальняя, она берет свое начало в XVII веке и обязана своим появлением Рене Декарту. Вариантов теории эфира существовало в то время немало, но начинались они с волновой оптики и электромагнитной теории Максвелла. Эфир даже рассматривался как материальный аналог ньютоновского абсолютного пространства.
Одним словом, авторитет эфира в научном мире до конца XIX века был невероятно высок. И было отчего!
Из сохранившихся до нашего времени трудов древнегреческих ученых видно, что эфир тогда воспринимался как небесное вещество, которое заполняет пустоты Космоса или межпланетное пространство, то есть является средой, передающей свет, тепло и гравитацию. В 1902 году великий Дмитрий Иванович Менделеев выделил даже в своей периодической таблице химических элементов, так называемый, «нулевой ряд» для инертных газов, поместив эфир с названием ньютоний, в его верхний левый угол. Более того, вплоть до конца XIX века предпринимались многочисленные попытки связать эфир с гравитацией и подвести физическую основу под ньютоновский закон всемирного тяготения.
Однако в конце XX века теория эфира потерпела крах.
В статье от 1905 года великий Альберт Эйнштейн потряс ученый мир невероятно смелыми и необычными в своей научной просветленности постулатами:
-всеобщим принципом относительности 
-постоянством скорости света.
То есть ненужность эфира, а именно все то, что считалось динамическими свойствами эфира, вобрала в себя специальная теория относительности (СТО). С этого времени  электромагнитное поле стало рассматриваться не как энергетический процесс эфира, а как самостоятельный физический объект. Старую гвардию ученых эти новые представления о Космосе настолько шокировали, что и сегодня найдется немало «староверов», предпринимающих попытки восстановить доверие к эфирной модели. Но все их усилия совершенно бесперспективны, поскольку теория относительности, будь она специальная или общая, давно доказала свою состоятельность.

***

Что касается В. Леонова, то четкая картина его трудов в полном аспекте отсутствует. Но в своих публикациях, как убежденный стоик, он утверждает, что в его теории речь идет не об эфире, как таковом, а о некой разряженной субстанции, называемой механическим эфиром. Что касается пространства-времени, то оно, на его взгляд, квантовано и больше напоминает кристалл со сверхупругими свойствами. Автор еще называет его электромагнитной невесомой материей. То есть Вселенная по Леонову это квазикристалл, внутри которого мы и живем.
Думаю, что на этом можно и остановиться!