Теория квантовых графов: теория Большого замораживания

Так обычно принято иллюстрировать Большой взрыв. Австралийские физики, однако, сомневаются в реальности этого события. (Здесь и ниже иллюстрации Corbis.)

Рождение Вселенной может быть смоделировано не как Большой взрыв, а скорее как замерзание воды, полагает группа австралийских физиков-теоретиков из Мельбурнского университета и Королевского мельбурнского технологического института.

Исследователи проводят аналогию между своим подходом и известным предметом дискуссии различных школ древнегреческой философии — о том, возможно ли бесконечное измельчение предметов или же они состоят из предельно малых, но далее неделимых частиц, «атомов». Хотя, по их словам, ныне наука скорее склоняется ко второму ответу (пусть и не в таком простом варианте, как это представлял себе автор атомистической теории Демокрит), в отношении пространства-времени всё не так просто.

Ещё Эйнштейн полагал, что пространство и время неразрывны, «текут». Однако сторонники теории квантовых графов подвергают эту мысль сомнению — по крайней мере в очень малых масштабах. Классический пример графа — карта лондонского метро, а в учебниках физики или химии пользуются для изображения того, как атомы соединяются, химическими связями в молекуле. Математика, описывающая квантовые состояния объёма и площади, обеспечивает набор правил, регулирующих то, как линии могут соединять узлы и какие числа могут располагаться друг относительно друга. В её рамках каждое квантовое состояние соответствует одному из графов, и каждый граф, удовлетворяющий правилам, соотносится с квантовым состоянием. Графы, таким образом, представляют собой удобную краткую запись возможных квантовых состояний пространства. Теория квантовых графов позволяет представить физическую реальность в виде полной группы многодольных графов, состоящих из вершин и связей между вершинами. (читателю эта теория, возможно, известна по её частичному и очень популярному изложению в НФ-романе Грега Игана «Лестница Шильда».)

«Новая теория, известная как теория квантовых графов (Quantum Graphity), предполагает, что пространство может состоять из неразделимых «кирпичиков», чего-то вроде крохотных атомов [только не вещества, а пространства-времени]», — поясняют учёные. Однако из-за малых размеров обнаружить такие «кирпичики» напрямую невозможно.

Исходя из этого, существующая модель происхождения Вселенной (Большой взрыв) нуждается в пересмотре. «Самая большая проблема с Большим взрывом в том, что это собственно взрыв, — считает Джеймс Квоч (James Quach), ведущий автор исследования, опубликованного не так давно в журнале Physical Review D (препринт вы найдёте здесь). — В момент взрыва физика нарушается. Эта модель не способна показать, что же происходило при Большом взрыве, для этого нельзя использовать ни математику, ни какую-либо теорию».



По новой теории, при остывании Вселенной аморфное пространство-время получило три измерения пространства (грани кристалла) и одно измерение времени.

По мнению физика, в пространственно-временном смысле никакого взрыва не было, а было «превращение воды в лёд», «большое замерзание» Вселенной. Под «водой» он подразумевает первоначальное аморфное состояние пространства-времени, в котором не было жёсткой структуры, упорядоченных измерений. По мере остывания Вселенной пространство-время «кристаллизовалось» в трёхмерный вариант пространства и одно измерение времени — то, что мы наблюдаем сегодня. В начале же время теоретически могло течь в любом направлении, да и пространство было неструктурированным.

«Теоретизируя в этом направлении, по мере остывания Вселенной мы ожидаем, что [в кристаллической структуре пространства-времени] должны образовываться трещины, подобно тому как они формируются во льду при замерзании воды», — подытоживает учёный.

И теория эта, как это ни странно звучит, экспериментально проверяема. Свет и другие частицы должны огибать или отражать подобные дефекты, и астрономы могут обнаружить такие эффекты, как трещины в структуре пространства-времени. Это означает, что уже в ближайшее время вопрос о «гладкости» или «дискретности» пространства-времени может быть решён окончательно.

Источник