Представете си, че от сто години в сърцето на физиката

Представете си, че от 100 години в сърцето на физиката се води тиха студена война. От едната страна е Алберт Айнщайн и неговата обща доктрина на относителността (ОТО) – величествена и елегантна симфония, описваща гравитацията, планетите, звездите и галактиките. От другата страна е квантовата механика, странният, вероятностен и необикновено акуратен език на субатомния свят. И двете теории са брилянтни в своя мащаб. Но когато се срещнат, настава безпорядък.

А епицентърът на тази борба, мястото, където двата свята се сблъскват с оглушителна мощ, е черната дупка. Именно там, в нейните дълбини, теорията на Айнщайн се проваля, което демонстрира, че пропущаме нещо фундаментално. И в този момент група учени наподобява са намерили метод да надникнат зад кулисите, употребявайки самата доктрина на относителността като канал към неразучения квантов свят.

Два свята, една Вселена: за какво Айнщайн и квантите не се схващат?

За да разберем солта на новия теоретичен труд, би трябвало да си спомним какъв в действителност е казусът.

Общата доктрина на относителността разказва гравитацията като деформиране на тъканта на пространство-времето. Масивните обекти като звездите се провират през тази тъкан, както топката за боулинг през батут, а планетите се търкалят по тези криви. Това е свят на гладките линии, непрекъснатите полета и строгата предсказуемост.

Квантовата механика, в противен случай, е царство на прекъснатост и възможност. Тук силата не се предава в непрестанен поток, а на обособени „ пакети “ – кванти. Частиците могат да се намират на няколко места по едно и също време, а самото наблюдаване трансформира резултата от опита. Това е дигитален, а не аналогов свят.

Опитът да се приложи гладката математика на ОТО към „ зърнестия “ квантов свят води до парадокс. Уравненията пораждат безкрайности, губейки всевъзможен физически смисъл. Физиците се нуждаят от доктрина, която да сплоти тези два езика – по този начин наречената „ квантова гравитация “. Но тя към момента не съществува.

Черната дупка: мястото, където физиката се предава

И на никое място другаде тази потребност не се усеща по-остро, в сравнение с в сърцето на черната дупка – в сингулярността. Според ОТО това е точка с безкрайна компактност и нулев размер, в която цялата маса на колапсирала звезда е сгъстена в нищото.

„ Безкрайността “ за физика не е просто огромно число. Това е червен байрак, който алармира: „ Вашата доктрина тук към този момент не работи! “. Очевидно е, че при такива рискови условия, когато гигантска маса е съсредоточена в микроскопично пространство, би трябвало да влязат в деяние законите на квантовия свят. Но по какъв начин да ги опишем, в случай че не разполагаме с подобаващите принадлежности?

Какво би станало, в случай че отидем на другия край?

Точно тук екип от учени под управлението на Ксавие Калмет от университета в Съсекс е измислил талантлив заобиколен вид. Логиката им е елементарна: не знаем по какъв начин наподобява окончателната доктрина на квантовата гравитация. Но знаем едно нещо сигурно: на огромни дистанции, надалеч от екзотичните обекти, тя би трябвало да наподобява тъкмо като положителната остаряла обща доктрина на относителността на Айнщайн. В края на краищата ОТО съвършено разказва придвижването на планетите и светлината на далечните галактики и всяка нова доктрина би трябвало да се преценява с това.

Нека го разбираем с една прилика. Представете си, че виждате идеално гладка мраморна скулптура (това е ОТО). Не знаете какви принадлежности е употребявал скулпторът, само че като се вгледате деликатно под микроскоп, можете да видите дребни, едвам забележими драскотини и неравности. Ако ги проучите, можете да разберете доста за длетата и чуковете, които е употребявал.

Калме и сътрудниците му направиха същото. Те са взели уравненията на Айнщайн за черната дупка и са почнали да пресмятат какви дребни „ квантови корекции “ би трябвало да се появят в тях. По създание те търсели тъкмо тези „ драскотини “ в гладката повърхнина на теорията на относителността. Това им разрешило да получат първите еднопосочни решения за черните дупки, отчитащи резултатите на квантовата гравитация, и всичко това без самата доктрина!

Не са чак толкоз „ плешиви “: тайната на „ квантовите коси “

Тази научна работа не се е появила от нищото. Тя е продължение на друга завладяваща концепция на Калме, известна като теорията за „ квантовата коса “.

Дълго време се смяташе, че черните дупки са необикновено елементарни. Те имат единствено три характерности: маса, заряд и спин. Всичко останало – от какво са се образували, каква информация е попаднала в тях и въобще – изчезва без диря. Това се назовава „ теоремата за неналичието на коса “. Черните дупки, споделя тя, са плешиви.

Но тя породи известния информативен абсурд. Квантовата механика споделя, че информацията е невероятно да изчезне. Но къде отива тя в една черна дупка, изключително в случай че в последна сметка този галактически обект се изпарява с помощта на Хокинг радиацията?

Теорията за „ квантовата коса “ предлага грациозен отговор: информацията не изчезва. Тя се „ отпечатва “ в гравитационното поле на черната дупка под формата на дребни квантови флуктуации. Тези флуктуации са самите „ косми “, които вършат всяка черна дупка неповторима. Новите калкулации, осъществени от екипа, тъкмо това и разказват – естеството на тези гравитационни „ косъмчета “, като дават на тази смела догадка математическа основа.

Стъпка в тъмното, само че с фенерче.

Разбира се, това към момента не е победа. Методът има ограничавания. Колкото повече се приближаваме до мистериозната сингулярност, толкоз по-силни стават квантовите резултати и толкоз по-малко надеждни стават изчисленията, учредени на „ корекции “ на ОТО. За да надникнем в сърцето на мрака, към момента се нуждаем от цялостна доктрина на всички неща – на всичко.

Но знаете ли какво, това е голяма крачка напред. Физиците престанаха да си блъскат главите в стената, пробвайки се да основат една грандиозна единна доктрина от нулата. Вместо това са намерили метод да употребяват знанията, които към този момент имат, с цел да осветят деликатно, малко по малко, пътя към незнайното. Това не е щурмуване на цитадела, а по-скоро деликатната работа на шпионин, който картографира вражеската територия от безвредно разстояние.

Работата на екипа на Калме демонстрира, че даже без финален отговор могат да се реализиран невероятни резултати. Те са разкрили път, на който теорията на Айнщайн като че ли слагаше самоуверен край, и този път може би един ден ще ни води до разбирането на най-дълбоките секрети на Вселената.