Zespół fizyków z Uniwersytetu Aalto w Finlandii poinformował właśnie, że udało mu się stworzyć model, który mógłby nas znacząco przybliżyć do opracowania kwantowej teorii grawitacji. Co szczególnie interesujące, model ten nie wymaga stosowania ani dodatkowych wymiarów rzeczywistości, ani tak egzotycznych elementów jak te, opisane w teorii strun.
Od dziesięcioleci fizycy próbują pogodzić dwie podstawowe teorie opisujące rzeczywistość: ogólną teorię względności opracowaną ponad sto lat temu przez Alberta Einsteina, a która opisuje grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni, oraz mechanikę kwantową, która precyzyjnie opisuje zachowanie cząstek elementarnych w najmniejszych skalach. Teoria kwantowa z sukcesem wyjaśnia trzy z czterech znanych oddziaływań — elektromagnetyczne, silne i słabe. Grawitacja jednak jak na razie skutecznie opiera się próbom wtłoczenia jej w kwantowe ramy. Wszelkie dotychczasowe próby spełzły na niczym, za każdym razem prowadząc do matematycznych trudności, nieskończoności, czy też do rozwiązań fizycznie niemożliwych.
Czytaj także: Czy grawitacja jest kwantowa? Odpowiedź na jedno z najważniejszych pytań przyjdzie dzięki temu eksperymentowi
Najnowsza propozycja zaprezentowana przez Finów opiera się na odmiennym podejściu: zamiast traktować grawitację jako wynik krzywizny czasoprzestrzeni, interpretuje ją jako efekt działania czterech powiązanych ze sobą pól, które zachowują się podobnie do znanego z elektrodynamiki pola elektromagnetycznego. Te pola oddziałują z masą na zasadach analogicznych do tego, jak pole elektryczne i magnetyczne oddziałują z ładunkiem i prądem.
Czy to jednak może coś zmienić? Okazuje się, że tak. Struktura tego modelu przypomina pod wieloma względami strukturę kwantowej teorii pola, dobrze poznanego już narzędzia, które często wykorzystywane jest do opisu podstawowych sił natury. W ten sposób badacze starający się opisać grawitację w świecie kwantowym mogą uniknąć ujemnych prawdopodobieństw, nieskończoności i wielu innych problemów, do których prowadziły dotychczasowe modele matematyczne kwantowej grawitacji.
To jednak nie wszystko. Naukowcy zwracają uwagę na jeszcze jedną ogromną zaletę swojego modelu. Otóż nie wymaga on wprowadzania żadnych nowych stałych fizycznych, czy też niezidentyfikowanych zmiennych. Mamy tutaj do czynienia z modelem możliwie uproszczonym, w którym znajdują się już dobrze znane wartości i prawa fizyki.
W efekcie jest to model, który powinno dać się przetestować eksperymentalnie. Jak dodaje w swoim komentarzu jeden z autorów badania Jukka Tulkki, brak swobodnych parametrów oznacza, że przyszłe eksperymenty mogą jednoznacznie potwierdzić lub obalić przewidywania teorii.
Wszystko to brzmi aż za dobrze, więc pewnie musi być gdzieś tutaj łyżka dziegciu. I faktycznie jest: na obecnym etapie jest to model teoretyczny, który pomyślnie przeszedł podstawowe testy spójności, ale nie został jeszcze sprawdzony w próbach opisu ekstremalnych zjawisk, takich jak osobliwości we wnętrzu czarnych dziur czy początek Wszechświata.
Czytaj także: Teoria kwantowej grawitacji, czyli długoletnie próby rozwiązania zagadki ze świata fizyki
Eksperymentalna weryfikacja modelu będzie jednak musiała poczekać. Wynika to z tego, że grawitacja jest niezwykle słaba w porównaniu z innymi oddziaływaniami, co sprawia, że wychwycenie jej kwantowych efektów wymaga technologii, która dopiero powstaje.
Nie zmienia to jednak faktu, że propozycja naukowców z Aalto jest aktualnie najbardziej obiecującą metodą rozwiązania problemu kwantowej grawitacji. Jeżeli zadziała, to jako osadzona na dobrze znanych zasadach fizyki i wolna od niejasnych komponentów, może zrewolucjonizować nasze spojrzenie na fizykę i doprowadzić do powstania teorii wszystkiego, która połączy wszystkie znane siły natury w jeden spójny model. Mało tego, naukowcy podejrzewają, że skutkiem zastosowania takiego modelu może być rewolucja w podstawach fizyki i skuteczne zakwestionowanie praw obowiązujących od czasów Einsteina. Jeżeli tak się stanie, będziemy żyć w zupełnie innej rzeczywistości.