Протягом десятиліть фізики намагаються відповісти на одне з найглибших питань сучасної науки: чи існує п’ята фундаментальна сила природи. Сьогодні ми знаємо чотири такі сили — гравітацію, електромагнетизм, сильну та слабку ядерні взаємодії. Однак вони не пояснюють низку загадкових явищ у Всесвіті, зокрема темну матерію та темну енергію.
Пошук нової, п’ятої сили триває паралельно з іншою великою проблемою фізики — створенням теорії квантової гравітації. Вона має об’єднати дві фундаментальні картини світу: загальну теорію відносності Ейнштейна, яка описує космос у великих масштабах, і квантову механіку, що пояснює поведінку частинок на найменших рівнях. Попри численні експериментальні підтвердження обох теорій, вони досі не поєднуються в єдину систему.
Нове дослідження показує, що ці дві наукові задачі можуть бути тісніше пов’язані, ніж вважалося раніше. Вчені створили теоретичну модель у межах підходу, відомого як «асимптотична безпека», яка описує поведінку гравітації навіть за надвисоких енергій. У межах цієї моделі сила гравітаційної взаємодії стабілізується, що дозволяє уникнути математичних суперечностей.
Цікаво, що ця ж теорія дає непрямі підказки щодо можливого існування нової сили природи. Зокрема, вона дозволяє обмежити характеристики гіпотетичної п’ятої взаємодії, яка могла б проявлятися як незначне відхилення від закону всесвітнього тяжіння Ньютона на дуже малих відстанях. Така сила описується двома параметрами — її інтенсивністю та радіусом дії.
Дослідники виявили, що певні значення цих параметрів уже можна виключити на основі самої теорії квантової гравітації. Важливо, що частина цього «забороненого» діапазону ще не перевірена експериментально, що відкриває можливість для майбутніх досліджень.
За словами фізиків, це створює унікальну ситуацію: теорія не лише передбачає нові явища, а й вказує, де їх шукати. Майбутні високоточні експерименти, зокрема атомна інтерферометрія, квантові сенсори або спостереження за рухом небесних тіл, можуть або підтвердити, або спростувати ці ідеї.
Фактично це змінює підхід до пошуку нової фізики. Замість того щоб спочатку вигадувати нову силу і потім шукати її в експериментах, науковці тепер можуть використовувати теоретичні обмеження, щоб звузити коло можливих варіантів.
Як зазначають автори дослідження, це свідчить про те, що квантова гравітація може мати вимірювані наслідки навіть у звичних для нас масштабах — від лабораторних експериментів до руху планет у Сонячній системі.
Робота, опублікована в журналі Physical Review Letters, відкриває новий напрям у фізиці, де мікроскопічні закони квантового світу можуть залишати сліди у макроскопічному Всесвіті. І хоча п’ята сила природи поки залишається гіпотезою, тепер наука має чіткіші орієнтири для її пошуку.
Джерело: portaltele.com.ua