Fisikawan telah mengembangkan pendekatan baru untuk memecahkan salah satu masalah paling gigih dalam fisika teoretis: untuk menyatukan gravitasi dengan dunia kuantum.
Dalam artikel terbaru yang diterbitkan di majalah Laporan Kemajuan dalam FisikaPara ilmuwan menggambarkan reformulasi gravitasi yang dapat mengarah pada deskripsi yang sepenuhnya kompatibel, tanpa memohon dimensi tambahan atau karakteristik eksotis yang diperlukan oleh model yang lebih spekulatif, seperti teori string.
Di jantung proposal ada pemikiran ulang tentang bagaimana gravitasi berperilaku pada tingkat fundamental. Sementara kekuatan elektromagnetik, lemah dan kuat dijelaskan menggunakan teori medan kuantum, kerangka kerja matematika yang menggabungkan ketidakpastian dan dualitas partikel-gelombang- gaya berat Itu masih nilai atipikal. Relativitas umum, teori gravitasi Einstein, adalah teori klasik murni yang menggambarkan gravitasi sebagai deformasi geometri ruang-waktu berdasarkan massa dan energi. Tetapi upaya untuk menggabungkan teori kuantum dengan relativitas umum sering ditemukan dengan inkonsistensi matematika yang fatal, seperti probabilitas yang tak terbatas.
Pendekatan baru ini menafsirkan kembali medan gravitasi dengan cara yang mencerminkan struktur teori medan kuantum yang diketahui. “Temuan utama adalah bahwa teori kami memberikan pendekatan baru untuk gravitasi kuantum dengan cara yang menyerupai perumusan interaksi mendasar lainnya dari model standar,” rekan kerja penelitian Mikko PartanenSeorang fisikawan dari University of Aalto di Finlandia, mengatakan sains langsung dalam email.
Alih-alih melengkung ruang-waktu, gravitasi dalam modelnya dimediasi oleh empat bidang yang saling terkait, dengan masing-masing mirip dengan bidang yang mengatur elektromagnetisme. Bidang -bidang ini merespons massa dengan cara yang sama seperti medan listrik dan magnet merespons beban dan arus. Mereka juga berinteraksi satu sama lain dan dengan bidang Model standar Dengan cara yang mereproduksi relativitas umum pada tingkat klasik, sambil memungkinkan efek kuantum dimasukkan secara konsisten.
Karena model baru mencerminkan struktur teori kuantum yang didirikan dengan baik, menghindari masalah matematika yang secara historis menghambat upaya untuk mengukur relativitas umum. Menurut penulis, kerangka kerjanya menghasilkan teori kuantum yang didefinisikan dengan baik yang menghindari masalah umum, seperti infinitas non -fisik dalam jumlah yang dapat diamati dan probabilitas negatif untuk proses fisik, yang umumnya muncul ketika relativitas umum dikuantifikasi menggunakan metode konvensional dan langsung.
Keuntungan utama dari pendekatan ini adalah kesederhanaannya. Tidak seperti banyak model gravitasi kuantum yang membutuhkan partikel dan kekuatan tambahan yang tidak disusun, teori ini mematuhi tanah keluarga.
“Keuntungan atau perbedaan utama dibandingkan dengan banyak teori gravitasi kuantum lainnya adalah bahwa teori kami tidak memerlukan dimensi tambahan yang masih belum memiliki dukungan eksperimental langsung.” Jukka TulkkiProfesor di Universitas Aalto dan rekan penulis surat kabar itu, mengatakan ilmu langsung dalam sebuah email. “Selain itu, teorinya tidak memerlukan parameter bebas di luar konstanta fisik yang diketahui.”
Ini berarti bahwa teori tersebut dapat diuji tanpa menunggu penemuan partikel baru atau meninjau hukum fisik yang ada. “Eksperimen keparahan kuantum di masa depan dapat digunakan secara langsung untuk menguji prediksi apa pun (selanjutnya) dari teori,” tambah Tulkki.
Melihat ke Masa Depan
Terlepas dari karakteristik yang menjanjikan, model ini masih dalam tahap awal. Meskipun perhitungan awal menunjukkan bahwa teori tersebut berperilaku baik di bawah kontrol konsistensi yang biasa, bukti lengkap dari konsistensinya masih harus diselesaikan.
Selain itu, kerangka kerja belum diterapkan pada beberapa pertanyaan terdalam dalam fisika gravitasi, seperti sifat sebenarnya dari Singularitas lubang hitam Atau fisika Big Bang. “Teori ini belum mampu mengatasi tantangan utama itu, tetapi berpotensi melakukannya di masa depan,” kata Partanen.
Verifikasi eksperimental bisa lebih sulit dipahami. Gravitasi adalah yang terlemah dari kekuatan yang diketahui, dan aspek kuantumnya sangat halus. Bukti langsung dari efek keparahan kuantum berada di luar jangkauan instrumen saat ini.
“Mencoba efek keparahan kuantum adalah tantangan karena kelemahan interaksi gravitasi,” kata Tulkki. Meski begitu, karena teorinya tidak termasuk parameter yang dapat disesuaikan, setiap percobaan di masa depan yang menyelidiki perilaku gravitasi kuantum dapat mengkonfirmasi atau mengesampingkan proposal baru.
“Mengingat ritme kemajuan teoretis dan observasional saat ini, diperlukan beberapa dekade untuk membuat kemajuan eksperimental pertama yang memberi kami bukti langsung tentang efek keparahan kuantum,” kata Partanen. “Bukti tidak langsung dapat diperoleh melalui pengamatan sebelumnya.”
Untuk saat ini, karya Partanen dan Tulkki membuka arah baru bagi para ahli teori yang mencari teori gravitasi kuantum, yang tetap didasarkan pada kerangka fisika partikel yang sukses, sementara berpotensi membuka beberapa misteri terdalam alam semesta.
