Ученые рассказали об интересных явлениях в области квантовой гравитации

Профессор Ричард Вудард из Университета Флориды (США) выяснил, как влияет квантовая гравитация на взаимодействие заряженных частиц, и какие выводы можно сделать, если учесть вклад гравитации в уравнениях Максвелла

Он рассказал в ФИАНе во время Гинзбурговской конференции по физике о весьма изощренных эффектах, возможность существования которых ранее не принималась во внимание.

Гравитация - одно из фундаментальных взаимодействий, согласно которому все имеющие массу тела испытывают притяжение друг к другу. В случае планет и звёзд гравитационная сила становится определяющей. В случае с элементарными частицами гравитация вносит, казалось бы, чисто символический вклад. Однако когда речь идет о квантовых явлениях и их масштабах, даже «символический» вклад может привести к интересным тонким эффектам. Это и показал в своей работе Ричард Вудард.

Основным инструментом профессора Вударда была техника Швингера-Келдыша. Известный российский физик, сотрудник ФИАН, академик Леонид Келдыш и американский физик Джулиус Швингер параллельно предложили эту технику в конце 50-х годов ХХ столетия. По своему назначению методика позволяет вычислять средние значения параметров, наблюдаемых в физических экспериментах, которые выходят за рамки экспериментов по рассеянию (столкновению) частиц. Используя эту технику, Ричард Вудард рассчитал вклад гравитационного поля в электростатический потенциал от точечного неподвижного заряда, а если точнее, то выяснил, каким образом закон Кулона модифицируется за счет вклада гравитационного поля.

«Квантовое гравитационное поле проявляется здесь в виде очень малой поправки, - рассказал профессор Ричард Вудард во время Гинзбурговской конференции по физике, прошедшей в ФИАНе с 28 мая по 2 июня 2012 года. - Она пропорциональна произведению энергии взаимодействия двух электрических зарядов и очень малой гравитационной постоянной».

Однако если вклад гравитации в кулоновское взаимодействие выливается в виде безобидной малой поправки, то концептуальный вклад квантовой гравитации в теорию электромагнетизма, структурированную Максвеллом в его знаменитых уравнениях, проявляется интереснее.

Из преобразованных с учетом гравитационного вклада уравнений Максвелла можно сделать вывод о возможности распространения частиц со скоростями больше скорости света. Например, фотоны, согласно классической электродинамике, летят со скоростью света, но с учетом вклада гравитационного поля в закон распространения фотонов возникает слабый эффект увеличения их скорости, что в достаточно вольном изложении можно назвать нарушением причинности или «машиной времени».

Аргумент против этого находится в определении понятия скорости света. В данном случае скорость света является не универсальной постоянной, а своего рода функцией расстояния между зарядами. Тогда в приближенном смысле можно сказать, что скорость света на очень близких к заряду расстояниях, на которых ее измерение вряд ли является принципиально возможным, становится существенно отличной от привычной скорости света, в то время как на больших расстояниях этот эффект ничтожно мал.

Схематичное изображение петлевой квантовой гравитации, согласно которой пространство и время состоят из квантовых ячеек, соединенных друг с другом определенным образом. Фото с сайта wikimedia.org.

 «О машинах времени здесь, конечно, говорить нельзя, - прокомментировал результаты расчетов профессора Вударда ведущий научный сотрудник сектора теории элементарных частиц ФИАН, доктор физико-математических наук Андрей Барвинский, - но сам по себе эффект очень тонкий и в чем-то привлекательный. Дело в том, что это один из немногих эффектов, который можно просчитать до конца. Как правило, расчет и анализ большинства интересных и важных задач в области квантовой гравитации, к сожалению, осуществить напрямую невозможно. Это связано с тем, что либо математические методы в этой области пока плохо развиты, либо при расчете фигурируют внутренние существенные противоречия на чисто квантовом уровне. А это один из достаточно несложных расчетов, который доведен до конца и, несмотря на небезупречную интерпретацию, приводит к конкретному результату, мотивирующему дальнейшие исследования». 

Источник:  АНИ «ФИАН-информ»