Особым статусом среди фундаментальных явлений природы отличается гравитация. Ее основные параметры не были известны вплоть до 19 века, однако еще древние ученые античного мира заметили некоторые закономерности в поведении всех предметов, находящихся в их зрении, а также неких сил, которые ими управляют. Так было вплоть до научных изысканий британского ученого Исаака Ньютона, который смог не только сформулировать основные законы физики, но и вывести математические формулы, подтверждающие теоретические знания предыдущих поколений ученых.
Новая стадия в изучении явления гравитационного поля начала рождаться относительно не так давно. В первую очередь это было связано с установлением взаимодействия света и электромагнитных волн на основе микрочастиц. Затем квантовая теория света постепенно трансформировалась в квантовую теорию гравитации. Основные понятия и законы подобных изысканий смог установить физик Альберт Эйнштейн, который представил научной общественности общую теорию относительности.
Он смог учесть в своих теоретических представлениях, что электромагнитные силы могут действовать в пространстве. Оно также фигурировало в трудах ученого как неразрывное целое со временем. Однако гравитация имеет совсем другой характер действия.
Зарождение квантовой теории гравитации
Эйнштейн считал, что гравитация как установленная сила, не действовала на пассивном фоне времени и пространства. Она видится как искажение пространства и времени, а гравитационное поле, создаваемое этой силой, представляет собой кривизну пространства-времени. Он в ходе тяжелейших теоретических раздумий и вычислений попытался сформулировать теорию гравитации. Она могла дать понять качественные различия между самими изучаемым явлением и другими силами. Стало понятно, что различия между иными явлениями значительные. При этом понятие гравитации согласовывалось с установленными ранее основами квантовой механики.
Мир квантов не находится ни мгновения в состоянии покоя. Согласно высказанной теории электромагнитные поля каждый раз активно взаимодействуют, то есть беспрерывно флуктуируют. Это было связано с возможностью развития событий настоящее и будущего в объективном мире, как подверженным изменениям. Однако подобный сценарий теоретических знаний до сих пор остается непокоренным современной наукой, поскольку доказать практическими исследованиями и экспериментами способности этого явления к изменению времени и пространства не представляется возможным.
Таким образом, квантовая теория гравитация в настоящее время продолжает получать дополнительные идеи, а ученые всеми способами пытаются доказать правильность предположений, высказанных еще столетие назад.
Альберт Эйнштейн считал, что тело, находящиеся в свободном падении или вращающиеся по орбите, следует в своем движении по мировой линии. Ее еще называют геодезической. Мировая линия экстремальной длины – геодезическая линия, соединяющая две точки в пространстве-времени. Согласно продолжению его теории, помещенная искривленное пространство-время в плоское пространство высшей размерности станет кривой геодезической линией.
Теория носит необычный для физики характер. На ней немало экспериментируют и спекулируют, однако это придает ей незавершенный и перспективный характер, что настраивает на новые исследования в этой области и смежных сферах.
Хорошие теории и проверенные теории используются для получения строгих выводов, однако за многие годы она практически не видоизменилась, что выглядит очень консервативным и неизменным.
Квантовая теория гравитации должна соединить воедино ряд основных компонентов изучения:
- специальной теории относительности;
- квантовой механики;
- теории гравитации Эйнштейна.
Пока подобного соединения в научном мире не удалось достичь, но за годы исследований ученые могли узнать много новых аспектов и продвинуться дальше в своих изысканиях и мыслительных процессах.
Различные теории квантовой гравитации
Существует немало отдельных направлений теоретических знаний, которые возникли при нахождении одной единственной квантовой теории гравитации. Сегодня основной из них является реалистическая теория квантовой гравитации. Она способна привести к единому знаменателю на развитие всей вселенной от момента Большого взрыва до судьбы черных дыр. С подобной теорией связывают перспективы развития всей квантовой физики, в том числе на пути изучения космического пространства и времени.
В составную часть квантовой гравитации входит также специальная теория относительности. Она в историческом промежутке времени появилась одной из первой. Ее сформулировал в 1905 году физик Альберт Эйнштейн. Он ориентировался при составлении своих научных трудов на работы математика из Германии Б. Риман, который обобщил евклидову геометрию и применил к ней новые понятия и формулы. Тогда же возникла теория об искривленности пространства.
В то же время искривленные пространства изучались еще с античных времен, но не были систематизированы и поняты до конца. Риман доказал, что искривленные пространства могут иметь любое число измерений. Для их изучения не нужно дополнительно просчитать, что они находятся в евклидовом пространстве высшей размерности. Также этот ученый одним из первых рассказал, что физическое пространство, где существует все живое, тоже может находиться в искривленном состоянии. Он представил пространство в виде сетки, которое прогибается (искривляется) под воздействием иных сил. Позже эти силы получили название гравитации. Эйнштейн доработал эту теорию и представлял, что кривизна пространства создается материей.
В середине прошлого века родилась еще одна теория, которая получила название модель «ручек». Американский ученый Д. Уиллер считал, что вакуум становится более сложным, если пространство-время искривлено. Подобная ситуация кривизны может влиять на пространственное распределение флуктуаций квантовых полей. Он представлял пространство-время в идее плоского пространства, которое можно соединить двумерной ручкой, если прорезать в этой поверхности два округлых отверстия, а затем соединить крае, где был произведен разрез.
Гравитация – квантовая явление
Через несколько лет после предположения американского ученого, свою теорию гравитации высказал исследователь из Советского Союза А. Сахаров. Он заявил, что гравитация – это чисто квантовое явление, которое возникает из энергии вакуума. Однако подобная теория столкнулась с рядом сложностей при составлении математической модели, так как получилась абсолютная шкала единиц, где надо было ввести фундаментальную массу и в итоге одна постоянная заменится другой фундаментальной постоянной, а это не применимо.
Известно, что сам Эйнштейн никогда не верил, что квантовая теория выражает окончательную истину, поэтому он только задал вектор дальнейшего изучения, к чему стремится весь научный мир до сих пор.
