მეცნიერების თეთრი ლაქები – რა არის გრავიტაცია?

 მსხვილ (ასტრონომიულ) მასშტაბებში გრავიტაცია საუკეთესოდ აღიწერება კლასიკური, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის(ფზთ) მიერ. თუმცა მიკროსამყაროში კლასიკური თეორიები ვერ მუშაობენ – იქ კვანტური მექანიკის კანონები მოქმედებენ(მოკლედ კვანტური მექანიკის შესახებ). ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედების კვანტური თეორია არსებობს(ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი), მხოლოდ კვანტურ გრავიტაციას აქვს დიდი პრობლემები. 2015 წელს მეცნიერები აინშტაინისეულ მიზიდულობის თეორიის ასი წლის თავს აღნიშნავენ, ეს თეორია უფრო, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის სახელით არის ცნობილი. ის თავიდანვე არ იკვეთებოდა ჩასახვის პროცესში მყოფ კვანტურ მექანიკასთან და ახლაც კლასიკურ თეორიად რჩება.

 XX საუკუნის დასაწყისის ფიზიკოსები სულ სხვა რამეს ელოდნენ. აინშტაინი გრავიტაციის კვანტური თეორიის გაჩენას ჯერ კიდევ 1916 წელს წინასწარმეტყველებდა. 1929 წელს ვერნერ ჰაიზენბერგმა და ვოლფგანგ პაულიმ თავისუფალი ელექტრომაგნიტური ველის კვანტური თეორია გამოაქვეყნეს. ისინი დარწმუნებულნი იყვნენ იმაში, რომ არც გრავიტაციული ველის დაკვანტვა იქნებოდა დიდი პრობლემა. ახლა მათი ოპტიმიზმი ღიმილს იწვევს, თუმცა მაშინ ის ბუნებრივად გამოიყურებოდა. მეცნიერებმა კარგად იციან, რომ ნებისმიერი მცდელობა გრავიტაციის შეერთებისა კვანტებთან ძირეული ფიზიკური ცნებების ძალიან ღრმა გადახედვას მოითხოვს(პაულის პრინციპი).

 გაერთიანება

 კლასიკური გრავიტაციისა და კვანტური თეორიის გაერთიანების სერიოზული მცდელობები XX საუკუნის მეორე ნახევარში დაიწყო და ახლაც ინტენსიურად მიმდინარეობს. თუმცა გრავიტაციის კვანტური თეორია შემუშვებული არ არის(და არც უახლოესი მომავლისთვის უნდა ველოდოთ). ეს მაშინ, როცა დანარჩენი სამი – ძლიერი, სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებები უკვე დიდი ხანია გაგებულია, აღწერილი კვანტური ფიზიკისა და ფარდობითობის სპეციალური თეორიის საფუძველზე, რამაც ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელის შექმნამდე მიგვიყვანა, რომელიც ყველაზე უფრო წარმატებულ თეორიად ითვლება ფიზიკის ისტორიაში.

 ცნობილი ამერიკელი ფიზიკოსი ფრიმენ დაისონი ამბობდა, რომ გრავიტაციული ველი კლასიკურია და მისი ბუნება კვანტური თეორიით აღწერას არ უშვებს. სხვა თეორეტიკოსები ვარაუდობენ, რომ ძალიან მცირე მანძილებზე კვანტური ეფექტები ქრებიან და ფიზიკური პროცესები ისევ კლასიკურ ხასიათს იღებენ(პლანკის მუდმივა).

 ეს სირთულეები შემთხვევითი არაა. კვანტური მექანიკა და ველის კვანტური თეორია ფარდობითობის ზოგადი თეორიისგან პრინციპულად განსხვავდება. პროცესები, რომლებიც მათში მიმდინარეობენ(მაგალითად, ელემენტარულ ნაწილაკთა გარდაქმნები), ბრტყელ დრო-სივრცეში ხდება, რომელიც თავისთავად არსებობს, თავის მატერიალური შემავსებელისგან დამოუკიდებლად იმავე ნაწილაკების სახით, რომლის კვანტებიც ეს ნაწილაკები არიან. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის(ფზთ) დრო-სივრცის გამრუდება კი განუყოფლად არის დაკავშირებული მატერიასა და ენერგიასთან, რომლებიც მის გეომეტრიას ცვლიან და შედეგად თვითონაც იცვლებიან(ატომი).

 სამყაროს მთლიანი სურათის ამ ორ ცნების ერთში გაერთიანება ჯერჯერობით ვერ ხერხდება.

 ეს ფუნდამენტური პრობლემა მრავალნაირი სახეცვლილებით წარმოგვიდგება. მაგალითად, გრავიტაციული ტალღები, რომლებიც ფზთ-ს თანახმად, აუცილებლად უნდა არსებობდნენ. მათი პირდაპირი აღმოჩენა არ მომხდარა, თუმცა მათ არსებობას ბევრი ირიბი მტკიცებულება გააჩნია(ერთმანეთის გარშემო მბრუნავი ნეიტრონული ვარსკვლავები ამ ტალღებს უშვებენ, ენერგიას კარგავენ და ფზთ-სთან ზუსტი შესაბამისობით ერთმანეთს უახლოვდებიან)(ვარსკვალური წყვილი გრავიტაციულ ტალღებს უშვებს; თეთრი ჯუჯები გრავიტაციულ ტალღას უშვებენ…).

 სუსტი გრავიტაციული ტალღების დაკვანტვა არც ისე ძნელია, ეს მოხერხდა კიდეც. ამ გამოთვლებიდან გამომდინარეობს, რომ მიზიდულობის კვანტები – გრავიტონები, უნდა არსებობდნენ, ელექტრულად ნეიტრალური უმასო ნაწილაკები, რომელთა სპინი სინათლის კვანტებისაზე ორჯერ მეტია. ისინი ენერგიის „ნაკუწები“ უნდა იყვნენ, ოღონდ არა ელექტრომაგნიტურის ფოტონები, არამედ გრავიტაციული ველის. ფზთ-ში ენერგიის ცნება გაცილებით რთულია, ვიდრე კვანტურ ელექტროდინამიკაში, ამიტომ გრავიტონების ურთიერთქმედების თეორიის შექმნის მცდელობები წარუმატებლად მთავრდება.

 სიტუაციას ისიც ართულებს, რომ ინდივიდუალური გრავიტონები, როგორც მათ თეორია აღწერს, იმდენად სუსტად ურთიერთქმედებენ მატრიასთან, რომ მათი დეტექტირება არა მარტი ახლა, არამედ არც უახლოეს მომავალში იქნება შესაძლებელი(შეკუმშული სინათლე გრავიტაციული ტალღების მოსაძებნად; LISA ფინანსურ კრიზისს შეეწირა).

 ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი ორი ფუნდამენტრული კონსტანტით ოპერირებს – სინათლის სიჩქარე და პლანკის მუდმივა. გრავიტაცია მათ, ნიუტონის გრავიტაციულ მუდმივას უმატებს. ამ სამეულისგან, როგორც ეს პირველად პლანკმა გააკეთა, ახალი სამი მუდმივა შეიძლება მივიღოთ ზღვრული დროით, სიგრძითა და ენერგიით(მასით). პლანკური რადიუსის სფეროში მასის პლანკისეულ ერთ ერთეულზე მეტი ვერ მოთავსდება – ჩნდება შავი ხვრელი( უცნაური სინგულარობა; 10 ფაქტი შავი ხვრელების შესახებ). როგორც ჩანს, პლანკისეული ერთეულები თანამედროვე ფიზიკის გამოყენებადობის საზღვრებს ადგენენ, რომლის იქეთაც შეუცნობელის ზონა იწყება(სიმების თეორია; გრავიტონები დიდი აფეთქების ექოში უნდა ვეძებოთ; ”ახალი ფიზიკის” ძებნაში; სტანდარტული მოდელიდან გადახრების ძებნაგრავიტაციული მუდმივას ახალმა გაზომვებმა სიტუაცია კიდევ უფრო დაამძიმა).

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *