Переосмысливая космологическую расходимость

при чём тут «энергия микроскопа»?

Самый совершенный электронный микроскоп увеличивает песчинку до размеров галактики. А теперь представьте, что инженеры, создавшие этот микроскоп, смотрят на его технические характеристики — колоссальную мощность, затраченную на увеличение, — и делают вывод: «Сама эта песчинка обладает чудовищной внутренней энергией, сравнимой с энергией галактики»! Звучит абсурдно? Именно такая логическая ошибка, как утверждает новая концепция, лежит в основе величайшей нерешённой проблемы современной физики — «вакуумной катастрофы» (исходная версия статьи с формулами, отображение которых не поддерживается на проза.ру лежит у меня в Фейсбуке, смотри мою ленту по ссылке на главной странице).

Физики сталкиваются с парадоксом. С одной стороны, квантовая теория, описывающая мир элементарных частиц, позволяет вычислить энергию вакуума. Эти расчёты показывают, что вакуум должен быть невообразимо энергичным, «кипящим» виртуальными частицами. Если верить этим числам, плотность энергии вакуума должна была бы мгновенно разорвать нашу Вселенную или свернуть её в точку.

С другой стороны, космологи, наблюдая за расширением Вселенной, измеряют реальную энергию вакуума (так называемую тёмную). Она есть, но её действие невообразимо слабо — в 1 со 120 нулями раз слабее, чем предсказывает квантовая теория.

Ошибка в самом вопросе: энергия микроскопа vs энергия объекта.

Новая гипотеза предлагает радикальное решение: ошибка не в математике, а в интерпретации. Мы спутали две принципиально разные вещи:

1. Операционная (зондирующая) энергия (E_оп). Это энергия, которую нужно затратить, чтобы «увидеть» или теоретически описать объект определённого размера. Чем меньше объект, тем мощнее нужен «микроскоп» и тем выше эта энергия. Именно её и вычисляет квантовая теория, экстраполируя свои законы до немыслимо малых «планковских» масштабов.
2. Собственная энергия вакуума (E_св). Это реальная, присущая самому пространству энергия, которая искривляет его и отвечает за космологическое расширение.

Энергия микроскопа характеризует нашу способность видеть, а не внутреннее свойство атома. Точно так же гигантская «планковская энергия» характеризует предел применимости наших теорий, а не истинную энергию вакуума.

Дискретная Вселенная: пиксели пространства-времени.

Почему же собственная энергия вакуума так мала? Здесь гипотеза обращается к идеям квантовой гравитации. Возможно, пространство-время на фундаментальном уровне не непрерывно, а дискретно, состояло из элементарных «ячеек» или «пикселей» (планковской длины). Так и с вакуумом. Квантовая теория поля, описывающая его «кипение», работает в предположении о непрерывности пространства. Когда она суммирует вклады всё более мелких флуктуаций, она по сути пытается «разглядеть» то, что мельче одного пикселя пространства. Получающаяся астрономическая цифра — артефакт этой незаконной экстраполяции, а не реальное свойство системы. На уровне одного «пикселя» пространства-времени энергия его основного состояния может быть очень маленькой или даже нулевой. А то, что мы видим как тёмную энергию — это крошечное среднее значение по всем «пикселям» Вселенной.

Сравнение с другими теориями - что предлагают конкуренты:

· Антропный принцип («Вселенная такая, потому что иначе нас бы не было»): Объясняет малость энергии вакуума случайной удачей в бесконечном множестве вселенных. Новая гипотеза предлагает причинное объяснение внутри одной Вселенной.
· Суперсимметрия: Предсказывает существование партнёров для всех частиц, чьи вклады в энергию вакуума должны сокращать друг друга. Но суперсимметрия не найдена на доступных энергиях, и даже если она есть, требует тончайшей настройки.
· Unimodular gravity: Технически показывает, что энергия вакуума может не влиять на гравитацию. Новая гипотеза даёт возможное физическое обоснование, почему так может быть.

Как это проверить? Наблюдаемые следствия:

Научная идея ценна, если её можно проверить и предсказывает эффекты, которые могут быть обнаружены в обозримом будущем:

1. Следы дискретности пространства в свете далёких космических катастроф. Если пространство имеет «ячеистую» структуру, фотоны сверхвысоких энергий от гамма-всплесков или активных галактик могут приходить к нам с едва заметными искажениями. Разные цвета (энергии) света могут немного запаздывать друг относительно друга, а плоскость поляризации света — поворачиваться. Современные обсерватории (как Fermi LAT или будущая Обсерватория Черенковского Телескопа) уже ищут такие сигналы.
2. Отклонения от законов тяготения на сверхмалых расстояниях. На субмиллиметровых масштабах, где может проявляться «зернистость» пространства, закон всемирного тяготения Ньютона может получить микроскопические поправки. Сверхточные лабораторные эксперименты по его проверке — ещё одна площадка для проверки.

Значение для космологии - путь к новой физике.

Принятие этой концепции означало бы не просто «латание дыр» в теории. Это означало бы фундаментальный сдвиг в понимании того, что такое вакуум и как он связан с гравитацией.
· Решение проблемы тонкой настройки. Исчезает необходимость в невероятно точном «подгонке» параметров Вселенной.
· Мост между квантовым миром и космосом. Проблема вакуума была главным камнем преткновения на пути к объединению квантовой механики и общей теории относительности. Эта гипотеза указывает, что ключ — в корректном учёте пределов применимости квантовой теории при описании гравитирующей материи.
· Переосмысление тёмной энергии. Она перестаёт быть мистическим совпадением и становится естественным, хотя и чрезвычайно малым, проявлением фундаментальной дискретной структуры реальности.
Таким образом, пересмотр онтологического статуса квантовых флуктуаций — это попытка устранить величайшее противоречие современной физики, указав на то, что катастрофа вакуума — это не катастрофа природы, а катастрофа нашей интерпретации. Разрешение этого парадокса может открыть дверь в эпоху новой, более глубокой "теории всего".