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

«Точка зрения, будто верующий более счастлив, чем атеист, столь же абсурдна, как распространенное убеждение, что пьяный счастливее трезвого»

Шоу Бернард

Файлы

Мечты об окончательной теории

Политика у шимпанзе. Власть и секс у приматов

Язык тела: природа и культура

Забавная Библия