Проблема кривизны пространства-времени - это одна из центральных тем теоретической физики и космологии, объединяющая Общую теорию относительности (ОТО) Эйнштейна и квантовую механику

Проблема кривизны пространства-времени - это одна из центральных тем теоретической физики и космологии, объединяющая Общую теорию относительности (ОТО) Эйнштейна и квантовую механику. Искривление пространства (гравитация) описывается как геометрия, которая меняется под влиянием массы и энергии.

Основные аспекты и проблемы, связанные с кривизной пространства:

1. Проблема сингулярностей (бесконечная кривизна)

В классической ОТО при коллапсе массивных звезд (черные дыры) или в момент Большого взрыва кривизна пространства становится бесконечной. В этой точке — сингулярности — законы физики перестают работать.

Принцип космической цензуры: Роджер Пенроуз предположил, что сингулярности скрыты за «горизонтом событий» и не видны внешнему наблюдателю, что позволяет физике оставаться предсказуемой вне черных дыр.

2. Квантовая гравитация и «квантовая пена»

ОТО описывает пространство как гладкое и непрерывное. Однако квантовая механика утверждает, что на планковских масштабах пространство должно быть дискретным и «бурлящим» (квантовая пена), полным микроскопических черных дыр.

Проблема: Объединить гладкую кривизну Эйнштейна с дискретным квантовым миром не удается. Попытки создать квантовую гравитацию сталкиваются с бесконечностями.

3. Проблема космологической постоянной («вакуумная катастрофа»)

Кривизна Вселенной зависит от энергии вакуума. Расчеты квантовой теории поля дают значение энергии вакуума (и, соответственно, кривизны), которое на 120 порядков превышает наблюдаемое значение. Это считается одним из самых больших противоречий в физике.

4. Проблема плоскостности Вселенной

Наблюдения показывают, что Вселенная практически «плоская» (кривизна близка к нулю), хотя теоретически после Большого взрыва она могла быть сильно изогнутой.

Решение: Инфляционная теория предполагает, что в первые доли секунды после Большого взрыва Вселенная расширилась настолько быстро, что любая изначальная кривизна «разгладилась».

5. Поиск альтернативных моделей

Некоторые физики пытаются пересмотреть основы, строя теории, где гравитация описывается без искривленного пространства, или используя более сложные математические структуры для устранения бесконечностей.

Итог: Проблема заключается в том, что кривизна пространства отлично работает в рамках ОТО (для макромира), но противоречит квантовой механике (для микромира), требуя создания единой теории (квантовой гравитации).

Изображение - Квантовое поле гравитации в плоском пространстве-времени / © Aalto University

Больше разнообразных интересных материалов в "Маяке Изобретателя" в Telegram, на на https://t.me/on_lighthouse2

Источник: t.me

Комментарии: