Границите на реалността: възможен ли е квантов характер на пространството и времето?

Ново проучване показва, че пространството се движи на скокове, а времето не е непрекъснато.

Физиците отдавна се сблъскват с един сериозен проблем: квантовата механика и общата теория на относителността са несъвместими. Квантовата теория описва микрокосмоса, докато теорията на относителността обяснява гравитацията и движението на масивните обекти. Когато обаче се опитват да ги обединят в рамките на една обща теория, възникват противоречия. Един нов подход, предложен от д-р Волфганг Виланд от университета в Ерланген-Нюрнберг, може да помогне за преодоляването на тази бариера. Неговата научна работа, публикувана в списанието Classical and Quantum Gravity (Класическа и квантова гравитация), предлага едно ново разбиране на гравитацията чрез квантовите принципи.

В класическата физика съществуват четири фундаментални сили: гравитация, електромагнетизъм, силно и слабо взаимодействие. Първите три вече са залегнали в квантовата теория, но гравитацията си остава изключение. Тя става критична при екстремни условия, като например черните дупки и Големия взрив. Според общата теория на относителността материята вътре в черната дупка се срива в безкрайно малка точка. В този мащаб обаче трябва да действат законите на квантовата механика, които не се съгласуват с прогнозите на теорията на относителността.

Един от ключовите аспекти на работата на Виланд е преосмислянето на структурата на пространството и времето. Той предполага, че пространство-времето не е непрекъснато, а е съставено от дискретни, количествено определени единици. Ако това е така, гравитацията би могла да се опише и чрез квантовата теория. В такъв свят движението не би било плавно: така например един обект не би могъл да се премести на произволно разстояние, а само на фиксирани стъпки. По същия начин времето не би текло непрекъснато, а би се движило на скокове, подобно на секундната стрелка на часовник.

Важен елемент на тази хипотеза е пределът на Планк – максималната мощност, с която може да се пренася енергия във Вселената. Според сегашните физични модели енергията може да се излъчва с безкрайно високи скорости, което прави уравненията на квантовата гравитация неразрешими. Виланд показа, че съществува горна граница на мощността в квантовото пространство и тя е 10⁵³ вата. Това е аналогично на скоростта на светлината в теорията на относителността: фундаментална граница, която не може да бъде надхвърлена.

Ако този подход се окаже правилен, той ще помогне да се опишат гравитационните вълни чрез дискретни кванти и ще даде ключ към обединяването на квантовата механика с гравитацията. Като част от проекта „Хайзенберг“ Виланд ще продължи да изследва влиянието на гравитацията върху причинността и структурата на Вселената. Това е една много важна концепция, която може да окаже огромно влияние на съвременната наука.