Предложен эксперимент для проверки квантовой гравитации

Физики придумали, как проверить предсказания теории квантовой гравитации без необходимости достигать сверхвысоких энергий. В случае успеха это позволит построить правильную теорию квантовой гравитации, которая объединит общую теорию относительности и квантовую механику, то есть решить одну из основных проблем современной теоретической физики. Статья опубликована в журнале Nuclear Physics B.

Сложность экспериментального изучения квантовой гравитации заключается в том, что ее эффекты проявляются только на очень больших масштабах энергии, которые соответствуют крохотным масштабам расстояний. Эти явления должны преобладать на масштабах близких к планковскому, который примерно на 15 порядков меньше, чем доступный сегодня на Большом адронном коллайдере.

Чтобы обойти эту трудность, авторы новой работы решили обратить внимание на следствия некоммутативности — свойства теории, характерного для большинства предложенных вариантов квантовой гравитации, в том числе для теории струн и петлевой квантовой гравитации. В простейшем случае можно сказать, что некоторая операция над двумя объектами некоммутативна, если результат ее применения для разного порядка этих объектов отличается. Например, на математическом языке принцип неопределенности Гейзенберга выражается в отсутствии коммутативности операторов импульса и координаты.

В контексте квантовой гравитации некоммутативной оказывается геометрия пространства-времени. Одно из следствий этого — отсутствие сингулярностей, которые часто рассматриваются в космологии и астрофизике. Предложенный эксперимент должен как раз подтвердить наличие некоммутативных свойств у пространства-времени. Для этого ученые предлагают искать нарушения известных соотношений, для которых, как считается, выполняется коммутативность, в оптомеханических системах. Если такие изменения существуют, то они подтвердят некоммутативные свойства пространства-времени, что можно будет зафиксировать по сдвигу фазы связанного с системой света.

Согласно расчетам физиков, заметный сдвиг фазы может быть найден уже в существующих оптических установках. «Мы предполагаем, что геометрия пространства-времени является эмерджентной структурой, которая возникает из некоей чисто математической теории квантовой гравитации, — сказал соавтор работы Мир Файзал, профессор Университета Британской Колумбии в Оканагане. — Это можно сравнить с тем, как геометрия металлического прута возникает из атомной физики».