Naukowcy z Uniwersytetu Aalto w Finlandii, Mikko Partanen i Jukka Tulkki, przedstawili nowatorską koncepcję wyjaśniającą grawitację w sposób zgodny z zasadami Modelu Standardowego – teorii opisującej trzy z czterech podstawowych oddziaływań we Wszechświecie. Ich praca może stać się kluczowym krokiem w stronę stworzenia upragnionej „Teorii Wszystkiego”, czyli spójnej koncepcji łączącej grawitację z mechaniką kwantową.
Grawitacja od dziesięcioleci pozostaje wyzwaniem dla naukowców. Choć ogólna teoria względności Einsteina doskonale opisuje zachowanie ciał w skali makro, zawodzi w świecie kwantowym – tam, gdzie działają siły elektromagnetyczne, słabe i silne oddziaływania jądrowe. Model Standardowy świetnie radzi sobie z mikroskopijną skalą, ale nie uwzględnia grawitacji. Problem ten od lat blokuje powstanie jednej, uniwersalnej teorii fizyki.
Partanen i Tulkki postanowili podejść do tego wyzwania w zupełnie nowy sposób – przez zastosowanie matematyki pól cechowania, które odgrywają fundamentalną rolę w opisie oddziaływań w Modelu Standardowym.
„Najbardziej znanym polem cechowania jest pole elektromagnetyczne” – tłumaczy Tulkki. „Na tej samej zasadzie opisujemy teraz grawitację – jako wynik interakcji cząstek posiadających energię, które oddziałują poprzez pole grawitacyjne”.
Zamiast próbować bezpośrednio połączyć równania kwantowe z klasyczną teorią Einsteina, naukowcy wprowadzili formalizm, który daje grawitacji cechy pola cechowania. Dzięki temu, ich propozycja lepiej pasuje do matematycznych ram Modelu Standardowego i zachowuje jego fundamentalne symetrie.
Opublikowane wyniki wskazują, że ta koncepcja może przybliżyć naukę do spójnego wyjaśnienia, jak grawitacja funkcjonuje w skali cząstek subatomowych. Choć do pełnej teorii grawitacji kwantowej jeszcze daleko, to ten kierunek otwiera nowe możliwości.
„Jeśli okaże się, że nasza teoria prowadzi do kompletnej kwantowej teorii pola grawitacji, mogłaby odpowiedzieć na najtrudniejsze pytania dotyczące osobliwości w czarnych dziurach czy początków Wielkiego Wybuchu” – mówi Partanen.
Badacze liczą na zaangażowanie szerszego środowiska naukowego, by rozwinąć i przetestować ich koncepcję. Na razie model działa w wybranych zakresach, ale wymaga jeszcze wielu matematycznych i eksperymentalnych analiz.
Jeśli kolejne badania potwierdzą skuteczność tej metody, możliwe będzie przełamanie impasu, który od dziesięcioleci dzieli teorię względności i fizykę kwantową. A to oznacza, że jesteśmy być może bliżej niż kiedykolwiek stworzenia kompletnej „Teorii Wszystkiego”.