Читать книгу Вещи не то, чем кажутся. 100 фреймов УНИВЕРСУМА - Владимир Крамаренко, Владимир Юрьевич Крамаренко - Страница 20

Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как деформацию пространства, в отличие от представлений Ньютона, рассматривающего гравитацию как силу взаимодействия объектов в протяжённом пустом пространстве. В понимании Эйнштейна пространство – это не протяжённая пустота, а жёсткая среда, в сотни тысяч раз прочнее стали, и более упругая, чем резина. Большие массы искривляют пространство и тела, совершают своё движение по градиенту кривизны. Мера жёсткости пространства определяется величиной обратной гравитационной постоянной равной 6,67∙10^-8 Дн∙см²∙г^-2. Обратная величина гравитационной постоянной приблизительно равна 0,15∙10⁸ с той же размерностью. Следовательно, нужна чудовищная сила или энергия, чтобы вызвать минимальную деформацию пространства.

Квантовая теория исходит из того, что гравитация представлена частицами-переносчиками данного взаимодействия, которые получили название гравитонов. Гравитон является гипотетической безмассовой частицей-переносчиком гравитационного излучения. Так как поля тяготения обладают энергией, соответствующей определённой массе, то все объекты излучают гравитоны и теряют массу. По сути, всё вещество аннигилируется в пламени гравитационного излучения, «сгорая», т. е. теряя массу, которая уносится гравитонным излучением.

Располагая значениями масс элементарных частиц, можно установить период полураспада вещества в нашей Вселенной. Существуют оценки массы гравитона, точнее её верхнего предела, определяемые как 10^-62 г. Большинство физиков отмечает, как наиболее соответствующую теоретическим оценкам, величину в 10^-64 г. Поскольку масса протона равна приблизительно 2∙10^-27, то его период полураспада составит десятки миллиардов лет [41].

Если оценить размеры гравитона, то он крайне мал по сравнению с протоном, соответственно, приблизительно 2∙10^-27 см и 1,5∙10^-13 см. Из наблюдений GW170817, представляющей первый зарегистрированный волновой гравитационный всплеск, произошедший от слияния двух нейтронных звёзд, была получена нижняя оценка времени существования гравитона в 4,5∙10⁸ лет. Скорость распространения гравитационных волн, а, судя по всему, и гравитационного взаимодействия, как и утверждалось в теории относительности, соответствовала скорости света.

И всё же существуют серьёзные концептуальные трудности, связанные с объединением теории относительности и квантовой теории поля. Дело в том, что из-за соотношения неопределённости Гейзенберга на уровне планковских масштабов, составляющих 10^-33 см, флюктуации энергии достигают огромных величин, а энергии соответствуют массам, которые вызывают чудовищные деформации пространства. Поэтому на микромасштабах пространство оказывается буквально вспученным. Некоторые учёные используют аллегорию пены, характеризующую состояние пространства-времени. В этих условиях математический аппарат квантовой механики не работает, поскольку он описывает эффекты квантовых явлений лишь в плоском неискривлённом пространстве.

Даже простые оценки гравитационного взаимодействия, исходя из принципа неопределённости, дают нам странные совпадения в пространственно-временных характеристиках нашей Вселенной. Если из соотношения неопределённости вычислить положение гравитона в пространстве, а по сути, его радиус действия, то он окажется равным приблизительно 10²⁸ см, что почти в точности соответствует размерам нашей Вселенной в настоящее время. Временная неопределённость гравитона, исходя из принципа неопределённости Гейзенберга, составляет 10¹⁷ сек., что опять же почти точно соответствует времени существования нашей Вселенной. Возможно, это такие критические параметры нашего мира, совпадающие с оценками, произведёнными другими методами.

В настоящее время надежды возлагаются на теорию суперструн, рассматривающую частицы как спектр колебаний микрообъектов, напоминающих струны музыкальных инструментов, совершающих колебания в девяти- или одиннадцатимерном пространстве и взаимодействующих с ним. При этом трёхмерное пространство соответствует макромиру, на уровне микромира оно имеет как минимум шесть дополнительных измерений и представляет своего рода свёрнутый топологический конструкт. Исходя из девятимерной теории суперструн, гравитоны можно обнаружить при энергиях не менее 100 ТэВ, которые в принципе достижимы на современных ускорителях. Исследование и обнаружение тёмной материи, проявляющей себя в основном в гравитационном взаимодействии, позволит лучше понять природу гравитации, что будет способствовать разработке новых технических средств для преодоления межзвёздного пространства.