Физики вновь обращаются к квантовой теории поля для описания гравитации, несмотря на прошлые трудности. Об этом сообщает quantamagazine.org.
Эта область теоретической физики, казалось бы, давно зашла в тупик, но последние расчеты демонстрируют неожиданный успех. Квантовая теория поля, успешно применяемая для описания других фундаментальных сил, таких как электромагнитная и сильная ядерная, столкнулась с непреодолимыми проблемами при попытке включить в нее гравитацию. Главная трудность заключается в бесконечных результатах, возникающих при попытке учесть все возможные проявления частиц. Однако, группа физиков под руководством Луки Буонинфанте из Университета Радбауда в Нидерландах, похоже, нашла способ обойти эти препятствия.
«Пока нет никаких намеков на то, что нам следует отказаться от квантовой теории поля; на самом деле, все наоборот», — заявляет Буонинфанте. Его расчеты показывают, что применение стандартной квантовой теории поля к гравитации не только приводит к уникальной теории, известной как квадратичная гравитация, но и генерирует новые, ранее не предсказанные эффекты. Хотя эти предсказания еще не проверены экспериментально, а сама квадратичная гравитация обладает некоторыми «жуткими» особенностями, которые все еще вызывают опасения у многих ученых, сторонники нового подхода видят в них не проблемы, а новые возможности.
Одной из таких особенностей является возможное существование отрицательно заряженных «призрачных» частиц. Эти частицы, возникающие в рамках квадратичной гравитации, могут безопасно существовать в математических моделях, не создавая парадоксов при экспериментальном наблюдении. Буонинфанте предполагает, что «призраки» могут быть «новыми объектами, которые появляются, когда мы пытаемся понять гравитацию и квантовую теорию поля на более глубоком уровне». Возможно, на микроскопическом уровне эффекты иногда могут опережать свои причины, что ранее считалось невозможным.
Исторически, попытки объединить гравитацию с квантовой теорией поля были сложными. Квантовые поля представляют собой вездесущие субстанции, а частицы – их возбуждения. Обмен этими частицами порождает силы. Например, фотоны переносят электромагнитное взаимодействие. Однако, при расчетах для электронов и фотонов, возникла проблема бесконечных сумм, поскольку учитывалось бесконечное число возможных размеров и форм волновых возмущений. Решение было найдено Ричардом Фейнманом, Джулианом Швингеру и Синитиром Томонагой в конце 1940-х годов. Они предложили метод «перенормировки», который позволял выразить бесконечные части расчетов через известные константы, измеренные экспериментально, такие как масса и заряд электрона. Этот подход позволил получить конечные и осмысленные результаты, за что ученые были удостоены Нобелевской премии.