Ентропията е физична величина, която представлява мярка за безпорядъка на термодинамичните системи. На практика това означава, че материята и енергията ще се разградят – което в крайна сметка ще доведе до хаос във Вселената, – ако не се предприемат никакви действия. Защо тогава нова теория предполага, че гравитацията може да възникне от ентропията?

Да, прочетохте правилно: квантовата относителна ентропия може да определя действието на гравитацията. Това е, което физикът и математик Джинестра Бианкони от университета „Кралица Мери“ в Лондон предлага в нова теория. Има само един проблем: за да проработи това, две теории, които винаги са били в противоречие една с друга, трябва да се хармонизират.

Идеята за квантовата относителна ентропия съчетава противоречащите си концепции на общата относителност и квантовата теория. Теорията на Айнщайн за общата относителност разглежда гравитацията като изкривяване или деформация на пространство-времето от даден обект, като по-масивните обекти оказват по-голямо влияние върху пространство-времето около тях. Например Слънцето е 330 000 пъти по-масивно от Земята. В резултат на това нашата планета се движи в орбита в огромното изкривяване на пространство-времето, причинено от огромното присъствие на Слънцето.

От друга страна, квантовата теория разглежда Вселената като съставена от изключително малки обекти (субатомни частици), които действат едновременно като частици и вълни. Частиците са миниатюрни парченца материя, докато вълните са смущения, които пренасят енергия. Според квантовата механика вселената се описва в микро- и наномащаб. Относителността е обратното, в смисъл че описва материята в космически мащаб.

Намирането на начин да се свържат общата относителност и квантовата механика се оказа трайно главоболие за учените. За тази цел се появява теорията на Бианкони. Тя постулира, че пространство-времето всъщност е квантов оператор, което означава, че действа върху квантовите състояния, за да ги превърне в различни видове квантови състояния. Квантовата ентропия количествено измерва колко безредие или непредсказуемост има в състоянието на нещо, което помага да се направи разграничение между две квантови състояния. В своята работа Бианкони открива, че може да я използва, за да опише как взаимодействат пространство-времето и материята.

„Гравитацията произтича от ентропично действие, свързващо материални полета с геометрията на пространство-времето“, заявява тя в проучване, публикувано наскоро в сп. Physical Review D.

Като позволява квантовата ентропия да опише разликите между материята и пространство-времето, теорията на Бианкони модифицира общата относителност, като първо придава на структурата на пространство-времето ниска енергия и малка кривина, а след това предсказва малка космологична константа (която обяснява колко и колко бързо се разширява вселената).

Новата теория включва и т.нар. G-поле, или гравитационно поле. G-полетата са векторни полета – което означава, че имат както величина, така и посока, – което обяснява как пространството се влияе от даден обект. Бианкони използва G-полето като т.нар. лагранжев мултипликатор, който намира максимума и минимума на дадена функция. Вълните, които са едно от двете квантови състояния, се описват с вълнова функция. Намирането на максимума и минимума на вълновата функция с G-поле може да съгласува квантовата теория с Общата теория на относителността.

Ако противоречието между теориите най-накрая бъде разрешено, ще се стигне до квантова гравитация, която би съществувала под формата на частици и вълни.

От друга страна, гравитацията, съществуваща под формата на частици, повдига друг въпрос. Тъмната материя е съставена от частици, но естеството на тези частици остава загадка, тъй като те никога не са били наблюдавани директно. Бианкони смята, че ако гравитацията може да съществува като частици, G-полето може да предложи обяснение за тъмната материя.

„Тази работа предполага, че квантовата гравитация има ентропичен произход и че G-полето може да бъде кандидат за тъмна материя“, смята тя.

Все още има много работа, която трябва да бъде извършена, преди тази идея да бъде потвърдена, но има вероятност хаосът да доведе до гравитация, която от своя страна може в една форма да бъде тъмна материя.

Снимка: Pexels

Виж още: Въпреки хладния прием iPhone Air ще получи малък редизайн за втория си опит да плени сърцата и портфейлите