Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Vasileiou V. et al. A Planck-scale limit on space-time fuzziness and stochastic Lorentz invariance violation // Nature Physics. — 2015. — Vol. 11. — P. 344 ( http://www.nature.com/nphys/journal/v11/n4/full/nphys3270.html). Perlman E. et al. New constraints on quantum gravity from X-ray and gamma-ray observations // Astrophysical Journal. — 20 May 2015. — Vol. 805. — No. 1. — P. 10. — arXiv:1411.7262v5.

Wolchover N. Visions of Future Physics // Quanta Magazine. — 22 September 2015 ( https://www.quantamagazine.org/nima-arkani-hamed-and-the-future-of-physics-20150922/).

Planck M. Über irreversible Strahlungsvorgänge // Annalen der Physik. — 1900. — Vol. 306, Issue 1. — P. 69–122.

Rothman T., Boughn S. Can gravitons be detected? — 2008. — arXiv:gr-qc/0601043v3.

Электронвольт (эВ) — это уровень энергии, приобретаемой электроном после разгона под воздействием 1 вольта. Гигаэлектронвольт (ГэВ) больше его в миллиард раз.

Commissariat T. BICEP2 gravitational wave result bites the dust thanks to new Planck data // Physics World. — 22 September 2014 ( https://physicsworld.com/a/bicep2-gravitational-wave-result-bites-the-dust-thanks-to-new-planck-data/).

Einstein A. Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation // Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften. — Berlin: Verlag der Königlichen Akademie der Wissenschaften, 1916. — P. 696.

Адамс Д. Ресторан в конце Вселенной. — 1980.

Gorelik G. Why Is Quantum Gravity So Hard? And Why Did Stalin Execute the Man Who Pioneered the Subject? // Scientific American. — 14 July 2011. ( https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/why-is-quantum-gravity-so-hard-and-why-did-stalin-execute-the-man-who-pioneered-the-subject/).

Бронштейн М. Всемирное тяготение и электричество (новая теория Эйнштейна) // Человек и природа. — 1929. — Выпуск 8. — С. 20.

Если повернуть частицу со спином 2 на половину оборота, она будет выглядеть так же, как в изначальном положении (представьте себе стрелу с двумя остриями). Чтобы получить тот же результат с частицей со спином 1, нужно повернуть её на полный оборот (обычная стрела с одним остриём). А вот в случае с частицей с половинным спином для подобного результата требуются два поворота! Представьте себе, что, обернувшись один раз вокруг своей оси, вы окажетесь другим человеком, а обернувшись дважды — снова станете собой. Именно так обстоят дела для электронов, самых распространённых частиц со спином 1/2. Если квантовый спин — это что-то новое для науки, то половинный квантовый спин — дважды новое!

См. Chown M. We Need to Talk About Kelvin. — London: Faber & Faber, 2009. — Chaper 3: No More than Two Peas in a Pod at a Time.

Специальная теория относительности и квантовая теория также накладывают строгие ограничения на взаимодействие между частицами и переносчиками силы. Если вы предполагаете, что частица может одновременно взаимодействовать, например, с пятью или двенадцатью переносчиками, вы ошибаетесь. Переносчик может быть только один. Пространственно-временную диаграмму, которую обычно используют для иллюстрации такого события, называют диаграммой Фейнмана. На ней это ограничение показано как следующее условие: в одной точке пространства-времени (вершине) могут сойтись только три частицы. Например, если к вершине подходит электрон, фотон сталкивается с ним и поглощается, а затем электрон отбрасывается в другом направлении. Но специальная теория относительности и квантовая теория упрощают дело лишь в нашем обычном мире с низкими уровнями энергии и большими расстояниями. На малых расстояниях и при высоких энергетических уровнях взаимодействия происходят более сложным образом.

Weinberg S. The Quantum Theory of Fields. — Cambridge: Cambridge University Press, 2005. (Рус. пер.: Вайнберг С. Квантовая теория поля / В 3-х томах. — М.: Физматлит, 2015–2018.)

См. главу 8.

Главный кандидат на роль частицы тёмной материи — это суперсимметричная частица с наименьшей массой (нейтралино), которая представляет собой суперпозицию трёх частиц: фотино, хиггсино и зино.

Почему мы живём во Вселенной, наполненной материей, — одна из величайших научных загадок. Учёные могут лишь предполагать, что во время Большого взрыва произошёл какой-то перекос законов физики, из-за которых материя получила преимущество или часть антиматерии была уничтожена.

Leibniz G. Discours de métaphysique. — 1686. (Рус. пер.: Лейбниц Г. Рассуждение о метафизике. — 1686.)

На самом деле этот лауреат Нобелевской премии польского происхождения спросил: «Кто это заказывал?» — в 1936 году, когда открыл мюон — более тяжёлую версию электрона.

Альтернативный и более консервативный подход к поиску более глубокой теории гравитации называется теорией петлевой квантовой гравитации (см. Smolin L. Three Roads to Quantum Gravity. — London: Basic Books, 2002). Эта теория описывает гравитацию на квантовом уровне, но не пытается объединить её с другими видами взаимодействия. Кроме того, ещё не было доказано, что в макромасштабе она ведёт к общей теории относительности.

Кварки могут иметь одну из двух строго определённых конфигураций. Три кварка составляют барион (ими являются, например, протоны и нейтроны), а пара «кварк–антикварк» называется мезоном. Кварки удерживаются в границах барионов и мезонов только при низком уровне энергии. Если уровень энергии высок, как, например, был при Большом взрыве, они разрываются и формируется аморфная кварк-глюонная плазма.

Поскольку гравитация действует во всех направлениях, на расстоянии r от массивного тела она распространяется по площади сферы 4π r 2и, соответственно, уменьшается на 1/4π r 2. На этом основании действует закон обратных квадратов.

Именно это и происходит с магнитным полем внутри суперпроводника — материала, охлаждённого до такой температуры, при которой исчезает его естественное электрическое сопротивление. Внутри материала магнитное поле заключено в узкие каналы, называемые силовыми трубками.

Veneziano G. Construction of a crossing-symmetric, Regge behaved amplitude for linearly rising trajectories // Nuovo Cimento A. — 1968. — Vol. 57. — P. 190. Теория Венециано, называющаяся дуально-резонансной моделью, позднее превратилась в теорию струн.

Williams R. H. String Theology. — 31 July 2006 ( http://www.mondaymorningmemo.com/newsletters/string-theology/).

«Поразительные идеи одного из лучших физиков-теоретиков в мире», Australian Broadcasting Corporation, 25 февраля 2016 года.

Clarke A. C. The Wall of Darkness. The Other Side of the Sky. — London: Gollancz, 2003.

Randall L., Sundrum R. Large mass hierarchy from a small extra dimension // Physical Review Letters. — 1999. — Vol. 83 (17). — P. 3370. — arXiv:hep-ph/9905221v1; Randall L. Warped Passages: Unravelling the Mysteries of the Universe’s Hidden Dimensions. — New York: HarperCollins, 2006.

Радиус горизонта чёрной дыры резко увеличивается с ростом её массы. Если масса одной чёрной дыры в два раза больше, чем другой, то и её горизонт будет иметь в два раза больший радиус. Но так как сила гравитации ослабевает в соответствии с законом обратных квадратов, чёрная дыра, в два раза превышающая другую чёрную дыру по массе, будет иметь в два раза меньшую силу притяжения, а степень изменения силы притяжения такой дыры (приливная сила) окажется в четыре раза меньше. Поскольку именно приливная сила ответственна за разрыв пар «частица–античастица» и возникновение излучения Хокинга, оно оказывается сравнительно слабым для крупных чёрных дыр и сильным — для небольших.