Мы привыкли считать гравитацию одной из фундаментальных сил природы.
Новое исследование подкрепило эту гипотезу строгими математическими доказательствами, связав искривление пространства-времени с законами квантовой информации.
Эта идея не нова. Еще в 1995 году физик Тед Джейкобсон показал, что уравнения Эйнштейна, описывающие гравитацию через кривизну пространства-времени, можно вывести из термодинамики — науки о тепле и энтропии. Это значит, что гравитация подчиняется тем же статистическим законам, что и, например, поведение газа, состоящего из множества молекул. С тех пор физики пытались понять, что именно «прячется» за этой аналогией.
Авторы нового исследования — Альберт Мух и Филипп Дорау из Лейпцигского университета — пошли дальше классической термодинамики и использовали понятие квантовой относительной энтропии. Это точная математическая величина, которая показывает, насколько сильно отличаются друг от друга два квантовых состояния.
«Мы показываем, что эта величина, вычисленная на горизонте — границе в пространстве-времени, за которую не может проникнуть никакая информация, — равна энергии, которая протекает через этот горизонт», — объясняет доктор Мух. В сочетании с уже известной связью между энтропией и площадью горизонта (эффект, впервые описанный Бекенштейном и Хокингом) это напрямую приводит к уравнениям, которые описывают, как квантовая материя искривляет пространство-время.
Теория относительности Эйнштейна долгое время оставалась фундаментальной работой.Чтобы было понятнее: представьте поверхность моря, которая никогда не бывает полностью спокойной — это похоже на квантовый вакуум, то есть «пустое» пространство. А относительная энтропия показывает, насколько хорошо можно отличить волну, проходящую по этой поверхности, от фонового волнения.
Главная ценность работы не в новых физических идеях — все основные ингредиенты были известны ученым на протяжении десятилетий, — а в том, что прежние рассуждения строились на интуиции и аналогиях, а теперь появилось строгое математическое доказательство. «Наш вывод использует математически строгие и четко определенные величины, заменяя прежние эвристические аргументы», — подчеркивает Мух. По его словам, это подтверждает: пространство-время и гравитация могут возникать из более фундаментальной квантовой информации.
Дорау сравнивает происходящее с игрой на гитаре: «Материя — это щипок струны, пространство-время — сама струна, а нота, которая звучит, — это уравнения Эйнштейна».
Практического применения у открытия пока нет, но подобные фундаментальные работы часто меняют технологии спустя десятилетия — например, именно это произошло с общей теорией относительности, которая долгое время была просто теорией, а сегодня без нее невозможна работа GPS. Авторы работы надеются, что их подход поможет протестировать различные версии теории квантовой гравитации — одной из главных неразгаданных загадок современной физики.
Ранее физики обнаружили удивительное свойство света, которое противоречит всем ожиданиям.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
