По стопам Хокинга. Теория, которая может изменить физику: что такое возникающая гравитация

Фото: E R Fuller/National Science Foundation

В 2009 году физик Эрик Верлинде предложил радикально новое представление о гравитации – теорию возникающей гравитации. Согласно этой теории, гравитация не является фундаментальной силой Вселенной, а это скорее проявление более глубоких скрытых процессов. Но за 15 лет теория не получила особой экспериментальной поддержки. Итак, что такое возникающая гравитация и может ли она изменить физику? Об этом пишет Space.

Возникающие свойства распространены во всей физике. Например, свойство температуры не является внутренним свойством газов. Это возникший результат бесчисленных микроскопических столкновений. Ученые с помощью современных приборов могут сопоставить эти микроскопические столкновения с температурой. Существует целая отрасль физики, статистическая механика, которая делает известными эти связи.

В то же время связь между микроскопическим поведением и возникающими свойствами не так очевидна. Например, хотя ученые понимают механизмы сверхпроводимости, неясно как микроскопические взаимодействия приводят к появлению высокотемпературных сверхпроводников.

Альтернативная теория гравитации

Теория Верлинде основана на том, о чем говорили еще в 70-х года прошлого века физики Стивен Хокинг и Яаков Бекенштейн. Они предположили, что многие свойства черных дыр можно выразить с помощью законов термодинамики. Физики считали, что гравитация и термодинамика связаны. Но законы термодинамики возникают из микроскопических процессов. Верлинде предположил, что гравитация на самом деле может возникнуть в результате какого-то более глубокого физического процесса.

Предложив 15 лет назад свою теорию физик показал альтернативную формулировку гравитации. Поскольку гравитация связана с нынешними представлениями о движении, инерции, пространстве и времени, это означает, что вся наша Вселенная также возникла в результате тех же более глубоких физических процессов.

В 2016 году Верлинде расширил свою теорию и предположил, что Вселенная, которая имеет темную энергию, естественным образом приводит к новому возникающему свойству пространства, что позволяет ему двигаться внутрь себя в регионах с низкой плотностью. Подобное предположение дало альтернативное объяснение темной материи, то есть невидимого вещества, которое составляет большую часть массы всех галактик.

Согласно теории возникающей гравитации, как только вы показываетесь в регионах с низкой плотностью, то есть за пределами Солнечной системы, гравитация ведет себя иначе, чем предполагает теория относительности Эйнштейна. В больших масштабах существует естественное внутреннее притяжение пространства самого к себе, которое заставляет материю накапливаться в более плотные комки.

Что показала проверка новой теории гравитации?

Астрономы решили проверить новую теорию гравитации, с помощью наблюдений за космосом, применив ее к моделям структуры и эволюции галактик, чтобы найти различия между ней и моделями темной материи.

Но результаты были неоднозначными. Некоторые исследования отдавали предпочтение возникающей гравитации над темной материей, когда дело касалось скорости вращения звезд. Но более поздние наблюдения не выявили преимуществ новой теории гравитации. Темная материя может объяснить гораздо больше, чем просто скорость вращения галактик и наблюдения за скоплениями галактик показали, что возникающая гравитация не работает.

Но нельзя поставить крест на теории возникающей гравитации. Эта теория все еще остается очень новой и необходимо много допущений в расчетах, чтобы она заработала. Без полной реализации теории трудно сказать, насколько точно ее предсказания, которые касаются поведения галактик и скоплений галактик, отражают то, что могла бы показать возникающая гравитация. Астрофизики сейчас работают над новыми способами проверки этой теории с использованием реликтового излучения.

Возникающая гравитация остается интригующей теорией. Если она действительно существует, то это изменит радикальным образом понимание всей Вселенной. Если будет доказано, что возникающая гравитация работает, как предсказывает теория, то физикам придется рассматривать гравитацию и движение, и даже время и пространство через призму возникновения более глубоких и сложных взаимодействий.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform