**Как новая теория квантовой гравитации объясняет загадку Большого Взрыва? — Transcript & Summary | SozAI** Source: https://sozai.app/transcript/quantum-gravity-theory-big-bang-mystery/ Обзор новой теории квантовой гравитации Хамады, объясняющей Большой взрыв, инфляцию и природу тёмной материи. ## Key Takeaways - Теория Хамады предлагает новый подход к квантовой гравитации, решая проблему ультрафиолетовых расходимостей. - Квантовые флуктуации и виртуальные частицы сильно влияют на гравитационное поле на малых масштабах. - Перенормировка помогает учитывать квантовые эффекты, но стандартные методы не работают для гравитации. - Новая теория объясняет инфляционное расширение Вселенной и даёт гипотезы о природе тёмной материи. - Использование нейросетей помогает ускорить научно-популярную работу и поиск информации. ## What the video covers - Новая теория японского физика Кензи Хамады предлагает решение загадки Большого взрыва и что было до него. - Теория Хамады основана на перенормируемой и свободной от фона квантовой гравитации. - Обсуждается проблема несовместимости квантовой теории поля и общей теории относительности. - Поясняется, почему классическая теория гравитации Эйнштейна не работает на квантовых масштабах. - Рассматривается влияние квантовых флуктуаций и виртуальных частиц на гравитационное поле. - Объясняется метод перенормировки в квантовой теории поля и его ограничения для гравитации. - Сравниваются различные подходы к квантовой гравитации, включая петлевую гравитацию и теорию Вайнберга. - Теория Хамады даёт физический механизм инфляционного расширения Вселенной и объясняет природу тёмной материи. - Автор делится опытом использования нейросетей для подготовки видео и поиска научной информации. - Видео содержит упрощённые аналогии для объяснения сложных физических концепций без математики. ## Chapters 1. 00:00 Введение: загадка Большого взрыва и теория Хамады 2. 02:09 Использование нейросетей в подготовке видео 3. 04:01 Общая теория относительности и гравитация 4. 06:22 Квантовые флуктуации и проблема ультрафиолетовых расходимостей 5. 08:32 Перенормировка в квантовой теории поля 6. 12:34 Проблемы квантовой гравитации и подходы к их решению 7. 17:18 Теория Хамады и её отличие от других моделей 8. 24:13 Инфляционное расширение Вселенной и тёмная материя 9. 26:40 Заключение и благодарности спонсорам Answers ## Questions about this video Что такое перенормируемая и свободная от фона квантовая гравитация? Это новая теория, предложенная Кензи Хамадой, которая решает проблему ультрафиолетовых расходимостей в квантовой гравитации, позволяя избежать бесконечностей и описывать гравитацию на квантовых масштабах. Почему классическая теория гравитации Эйнштейна не работает на квантовых масштабах? Из-за принципа неопределённости квантовой механики невозможно точно определить энергию и импульс частицы, что приводит к сильным флуктуациям гравитационного поля и делает классическую теорию неприменимой на малых расстояниях. Как теория Хамады объясняет инфляционное расширение Вселенной? Теория Хамады предлагает физический механизм, который запускает фазу быстрого расширения пространства в начале существования Вселенной, что соответствует инфляционной модели и помогает объяснить её наблюдаемые свойства. ## Full Transcript — Download SRT & Markdown 00:00 Speaker A Почему произошёл Большой взрыв и что было до него? Физики не очень любят отвечать на этот вопрос. Однако новая теория японского физика Кензи Хамады, известная как перенормируемая и свободная от фона квантовая гравитация, имеет свой собственный ответ на него. 00:18 Speaker A Параллельно с этим новая теория даёт новый взгляд на физику чёрных дыр, предлагает физический механизм процесса, известного как инфляционное расширение Вселенной, а также объясняет, чем может оказаться загадочная тёмная материя и почему, собственно, физики до сих пор никак не могут её найти. Хотя, конечно, 00:36 Speaker A главный интерес физиков к новой теории объясняется тем, что она претендует на решение одной из главных нерешённых проблем современной физики. Почему две прекрасно работающие и многократно проверенные в экспериментах теории, квантовая теория поля и общая теория относительности, то есть теория 00:52 Speaker A гравитации Эйнштейна, не желают работать друг с другом? В нашем сегодняшнем видео мы, разумеется, рассмотрим, что за новую теорию предложил японский физик и как в ней объясняются все эти вещи. Но сначала нам следует разобраться с тем, в чём заключается суть проблемы с квантовой 01:07 Speaker A теорией гравитации, какие способы решения этой проблемы существуют помимо теории Хамады. Ну и, конечно, мы попробуем ответить на вопрос о том, насколько революционной данная работа является для современной физики и как вообще ко всему этому следует относиться. Когда мы говорим о квантовой 01:24 Speaker A теории и о гравитации, нам приходится иметь дело с самыми сложными, с математической точки зрения, теориями во всей современной физике. В нашем видео мы с вами, конечно, не будем погружаться во все эти математические дебри. Я попытаюсь изложить всё происходящее 01:38 Speaker A вообще без математики. И как всегда буду надеяться, что мои упрощающие аналогии не будут уж слишком упрощающими, а объяснение из наглядного не станет неправильным. Впрочем, раньше нам с вами это вроде бы как удавалось, так что будем надеяться, что получится и в этот 01:53 Speaker A раз. Кстати, при подготовке моих видео мне очень помогают нейросети. Писать сценарии или что-то такое я им, конечно, никогда не доверю, но вот какие-то отдельные не очень интересные моменты, которые раньше занимали у меня очень много времени, поручить им, оказывается, очень удобно и эффективно. 02:09 Speaker A Например, я активно использую чат GPT для поиска информации в интернете, например, когда мне нужно найти по описанию ссылку на какую-то научную публикацию или информацию о её авторах. 02:20 Speaker A А DeepsК отлично справляется с кратким изложением содержания какого-то объёмного материала. К примеру, я могу загрузить туда статью и по описанию, которое отдаст мне DeepsК, понять, есть ли смысл мне её вообще читать. Это далеко не единственный способ, которыми 02:34 Speaker A я использую нейросети в своей работе. И я даже подумываю сделать об этом отдельное видео. Быть может, мой опыт тоже будет кому-то полезным. Ведь уверен, что каждый из нас в нашей жизни постоянно сталкивается с задачами, для решения которых можно эффективно 02:48 Speaker A использовать нейросети, чтобы сберечь время и силы и сосредоточиться на чём-то реально важном. А самое главное, что нейросети сейчас активно можно использовать для заработка. Даже начинающие специалисты по нейросетям сегодня зарабатывают от 50 000 за проект и могут брать по три-четыре проекта в 03:04 Speaker A месяц. А научиться этому можно, записавшись на бесплатный практикум, который проводит Николай Волосенков, основатель онлайн-школы УниверсуUS и автор Telegram-канала про нейросети со 100 000 подписчиков. За эти 3 дня вы научитесь использовать нейросети и узнаете о возможностях, которые они дают. А самое главное, вам расскажут, 03:22 Speaker A как за 2 часа в день получить себе второй постоянный доход помимо вашей основной работы без рисков и увольнений. 03:28 Speaker A Так что скорее переходите по ссылке в описании, регистрируйтесь и начните получать стабильный дополнительный доход в самой актуальной профессии будущего вместе с Универсу. Ну а теперь вернёмся к теме нашего сегодняшнего видео. 03:40 Speaker A Теориям квантовой гравитации. Теория гравитации, любая теория гравитации должна очень, грубо говоря, дать нам формулу, с помощью которой можно рассчитать силу, с которой тело будет гравитационно притягивать другие тела, а точнее гравитационное поле, создаваемое любым объектом на известном расстоянии от него. На макроскопических масштабах с 04:01 Speaker A этой задачей прекрасно справляется общая теория относительности, то есть теория гравитации Эйнштейна. В ней гравитационное взаимодействие рассматривается как следствие искривления пространства-времени телами, обладающими энергией и импульсом, в частности энергией покоя, то есть массой, умноженной на квадрат скорости света. Именно эта компонента энергии 04:22 Speaker A доминирует в большинстве ситуаций, однако она не является единственной. Например, не имеющие массы, но обладающие энергией фотоны или другие безмассовые частицы тоже, хотя и с некоторыми оговорками, способны создавать гравитационное поле и участвовать в гравитационных взаимодействиях. И здесь мы плавно 04:39 Speaker A переходим к квантовой теории гравитации, задачей которой является определение величины гравитационного взаимодействия на квантово-механических масштабах для атомов и субатомных частиц на соответствующих расстояниях порядка 10 в минус 15 степени метра и меньше. И вот оказывается, что если мы попытаемся применить к таким объектам и на таких 04:58 Speaker A расстояниях общую теорию относительности, то столкнёмся с достаточно серьёзными трудностями. Повторюсь, в общей теории относительности гравитационное поле частицы определяется её энергией, включая энергию покоя и импульсом. Но в квантовой физике мы не можем определить эти величины точно. Мешает принцип неопределённостей, запрещающий предельно 05:20 Speaker A точно определять некоторые пары величин, например, координату частицы и её импульс, а значит, и кинетическую энергию. Чем ближе мы находимся к частице, тем точнее фиксируем её положение, то есть координату, и тем менее определёнными становятся энергия и импульс. В результате и гравитационное 05:38 Speaker A поле оказывается размытым. На очень малых расстояниях вклады, связанные с принципом неопределённости, заставляют его флуктуировать так сильно, что чистая гравитация частицы тонет в квантовой пене. Можно подойти и с другой стороны. 05:52 Speaker A В квантовой теории поля квантовые флуктуации часто интерпретируют как рождение и исчезновение виртуальных частиц. Эти частицы существуют ничтожно малое время, но всё равно искажают фундаментальные поля, включая и гравитационное поле. При этом наблюдатель, находящийся на расстоянии R от частицы, чувствует главным образом те 06:11 Speaker A виртуальные частицы, длина волны которых сравнима с этим расстоянием. Чем меньше расстояние, тем более коротковолновые, а значит, более высокоэнергетичные виртуальные частицы вносят свой вклад. 06:22 Speaker A Их энергия всё сильнее возмущает поле. И мы снова приходим к тому, что гравитационное поле нашей исходной реальной частицы теряется на фоне гравитационных полей виртуальных частиц. 06:34 Speaker A Именно поэтому эту проблему ещё называют проблемой ультрафиолетовых расходимостей. Проблема учёта квантовых флуктуаций характерна не только для квантовой теории гравитации, но и для всех теорий фундаментальных взаимодействий, таких как электромагнетизм, сильное и слабое ядерное взаимодействие. Для её решения в квантовой теории поля придумали 06:54 Speaker A интересный трюк, известный как перенормировка. Основные квантово-механические уравнения, например, для потенциала электрического поля заряженной частицы, оставляют по сути без изменений, а эффекты квантовых флуктуаций учитываются в виде вклада в характерные константы взаимодействий. 07:10 Speaker A Например, в квантовой электродинамике перестают быть константами такие величины, как заряд электрона и постоянная тонкой структуры. О том, что это такое, у нас есть отдельное видео. 07:20 Speaker A Точнее, мы говорим, что на большом расстоянии от нашей частицы, где квантовые флуктуации не играют определяющей роли, эти величины действительно являются константами. Но вот на очень маленьких расстояниях они начинают меняться. Например, эффективный, то есть фиксируемый в эксперименте, заряд электрона будет 07:37 Speaker A увеличиваться по мере приближения к частице. Отмечу, ч 07:54 Speaker A для создания квантовой теории гравитации, сказав, например, что на сверхмалых масштабах, то есть при сверхмалых расстояниях гравитирующих объектов, увеличиваться будут характерные константы гравитационного взаимодействия, вроде гравитационной постоянной. Возникает вопрос: а до какого предела будут увеличиваться константы при перенормировке? Ответ звучит достаточно плохо. В теории, что 08:16 Speaker A для электромагнитного, что для гравитационного поля, при приближении расстояния к нулю они будут стремиться к бесконечности. Ну а бесконечность - это величина нефизическая. И если вы, решая какую-то задачу, получите бесконечность, то это значит, что ваша теория неправильная или, по крайней мере, 08:32 Speaker A нерабочая. Для квантовой электродинамики, впрочем, на эту проблему можно закрыть глаза. Бесконечности там возникают лишь на очень-очень малых расстояниях, порядка 10 в -290 степени метра. Это настолько малая величина, что мне попросту не с чем её сравнить. Так называемая планковская 08:51 Speaker A длина, которая считается нижним пространственным масштабом применимости всей современной физики, вообще составляет аж 10 в35 степени метра. 09:01 Speaker A Проще говоря, квантовая электродинамика ломается, начиная выдавать бесконечности на тех масштабах, на которых уже давно не работает вся остальная современная физика и на которых теряют смысл сами понятия заряда, массы и тому подобного. 09:14 Speaker A Самые точные современные измерения позволяют нам работать с расстояниями не менее 10 в ми1 степени метра, что в 10.000 раз меньше радиуса протона, но примерно в триллион раз больше планковской длины. И на таких расстояниях измеряемый заряд электрона увеличивается лишь примерно на 3%. 09:31 Speaker A Именно поэтому мы и говорим, что квантовая электродинамика - это хорошая, годная теория, которую можно успешно применять для решения практически всех мыслимых задач. С квантовой гравитацией всё сильно хуже. Гравитационная постоянная устремляется к бесконечности, то есть гравитационный вклад частицы тонет в квантовых флуктуациях уже на 09:49 Speaker A масштабах порядка планковской длины. На больших масштабах перенормировка гравитации в общем и целом работает. Но беда в том, что на этих самых больших расстояниях гравитация, являющаяся самой слабой из всех четырёх фундаментальных взаимодействий, практически не оказывает влияния на наблюдаемые процессы в 10:06 Speaker A квантовом мире. То есть квантовая гравитация, которую мы можем получить прямым квантованием и перенормировкой общей теории относительности, оказывается похожей на хрустальный лом. 10:17 Speaker A При попытке решать сю помощью те задачи, которые она должна решать, она ломается. А для всех остальных задач она бесполезна. Почему же то, что работает для электромагнетизма, не работает для гравитации? Проще всего это пояснить в терминах виртуальных частиц. 10:32 Speaker A Действительно, вклад в электромагнитное поле даёт только заряженные виртуальные частицы. Однако закон сохранения электрического заряда требует, чтобы эти частицы рождались только парами. Частица и соответствующая ей античастица с таким же по модулю, но противоположным по знаку электрическим зарядом. Именно поэтому суммарный заряд шубы из 10:51 Speaker A виртуальных частиц должен быть строго равен нулю. Правда, в пространстве такие частицы распределены не совсем равномерно. Виртуальные частицы того же знака, что и наша реальная частица, как бы отталкиваются от неё, тогда как частицы противоположного знака как бы притягиваются к ней. Этот эффект 11:09 Speaker A называется поляризацией вакуума. В результате возникает что-то вроде дипольного момента, который всё-таки вносит свой вклад в результирующее электромагнитное поле. Однако этот вклад оказывается достаточно слабым, а что ещё более важно, относительно медленно нарастает с уменьшением расстояния. А вот с гравитацией всё по-другому. Свой 11:28 Speaker A вклад в неё дают все частицы, обладающие энергией. Причём энергии частиц и античастиц не компенсируют друг друга, а просто суммируются. Из-за этого роль квантовых флуктуаций для гравитации нарастает быстрее и куда более драматическим образом. Физики говорят, что общая теория относительности 11:44 Speaker A оказывается неперенормируемой, что означает, что построить квантовую теорию гравитации посредством квантования и перенормировки из общей теории относительности оказывается невозможным. Однако перенормируемая теория гравитации определённо должна существовать. Именно ею, по всей видимости, описывается происходящее внутри чёрных дыр. Она же играла важную 12:04 Speaker A роль в ранней Вселенной в первое мгновение её существования. И понять процессы там, без такой теории, мы не можем. Ну и, наконец, без квантовой теории гравитации нам не создать теорию всего. Универсальный физический закон, который будет одной, пусть и весьма 12:18 Speaker A сложной формулой, описывать все физические процессы в нашей Вселенной. А создать такую теорию физикам очень хочется. И нельзя сказать, чтобы до сих пор такие попытки не предпринимались или были уж совсем безуспешными. К примеру, в 1976 году один из величайших физиков 12:34 Speaker A второй половины XX века, создатель теории объединения электромагнитного и слабого ядерного взаимодействия Стивен Вайнберг предложил свою теорию, получившую название асимптотически безопасной гравитации. Безопасной в том смысле, что ей не грозит опасность поломаться при приближении к планковским масштабам. Вайнберг рассуждал очень 12:54 Speaker A просто. Если квантовать уравнение Эйнштейна, то квантовая гравитация ломается там, где она ломаться не должна. Значит, нам нужно изменить уравнение Эйнштейна так, чтобы она больше не ломалась. Точнее, Вайнберг их не слишком даже меняет. Он просто говорит, что в соответствии с 13:13 Speaker A формализмом процедуры перермировки мы просто заменяем в этих уравнениях гравитационную и космологическую постоянное на так называемые бегущие константы, которые зависят от масштаба, на котором мы изучаем. систему. Если говорить конкретно о гравитационной постоянной, которая отвечает за силу гравитационного взаимодействия, то на 13:32 Speaker A больших масштабах она стремится к постоянному значению в 6,7 на 10 -11 м³ /г/скунду, которое мы наблюдаем в макроскопическом мире. При уменьшении масштабов, то есть размеров, на которых мы изучаем систему, она начинает расти, как и должна, в нормально проквантованной теории относительности, 13:50 Speaker A но в отличие от неё, не растёт бесконечно, а достигает максимального фиксированного значения, в несколько раз превышающего табличное значение гравитационной постоянной как раз-таки на планковских масштабах, после чего начинает убывать и на расстояниях, стремящемся к нулю, и сама выходит в 14:09 Speaker A ноль. Можно сказать, что в асимптотически безопасной гравитации, начиная с некоторого масштаба, пространство начинает всё слабее реагировать на возмущение, вносимые материей, хоть реальными, хоть виртуальными частицами, пока, наконец, не исчезает совсем. Такая конструкция зависимости гравитационной постоянной от масштаба и расстояний позволяет 14:29 Speaker A асимптотически безопасной гравитации избавиться не только от бесконечностей, порождаемых квантованием и учётом виртуальных частиц и квантовых флуктуаций, но и от собственных бесконечностей общей теории относительности, наблюдаемых при уменьшении до нуля расстояний между гравитирующими телами. То есть решает ещё и проблему сингулярностей, в которых 14:47 Speaker A материя должна быть сжата до бесконечной плотности, вроде чёрных дыр или первичной сингулярности Большого взрыва. 14:54 Speaker A Подход асимптотической гравитации, конечно, довольно сильно напоминает подгонку решения под ответ, да в значительной степени он им и является. 15:02 Speaker A На самом деле, ничего особо страшного в этом нет. Мы ведь не на экзамене. По сути, задача физики и состоит в том, чтобы найти такое решение, то есть теорию, которое будет соответствовать ответу, то есть наблюдательным и экспериментальным данным. Другое дело, 15:16 Speaker A что в случае асимптотически свободной гравитации мы практически лишены возможности проверить, а соответствует ли решение ответу на практике. Если бы мы могли реально изучить гравитацию на планковских, околопланковских и за планковских масштабах, и убедиться в том, что гравитационная постоянная действительно ведёт себя так, как 15:34 Speaker A предсказывает асимптотически свободная гравитация, то мы могли бы точно сказать, верна ли гипотеза Вайберга или нет. Увы, как я уже говорил, планковские масштабы находятся очень далеко от наших измерительных возможностей в настоящий момент, а значит, мы не можем проверить, действительно ли вселенная устроена так, 15:51 Speaker A как предполагает асимптотически безопасная гравитация. или же проблема ультрафиолетовых расходимостей решается как-то по-другому. Благо альтернативные способы её решения, то есть альтернативные теории квантовой гравитации у нас есть. К примеру, существует так называемая теория петлевой гравитации, ключевым моментом которой является предположение о том, 16:12 Speaker A что пространство Время нашей Вселенной само по себе является дискретным, как бы квантованным, разделённым на минимальные клеточки со стороной как раз порядка планковской длины. В рамках этой теории предполагается, что расстояния меньшее планковской длины вообще не имеют физического смысла в нашей Вселенной. То 16:30 Speaker A есть это подход как бы противоположный подходу Вайнберга. В петлевой гравитации утверждается, что квантовая гравитация на субпланковских масштабах ломается совершенно правильно, как она и должна ломаться, потому что мы просим теорию посчитать для нас то, в чём изначально нет физического смысла. А осталось 16:47 Speaker A всего-то ничего. доказать наличие этой самой дискретности и зернистости пространства на планковских масштабах, то есть на порядках в 10 -35 степени метра. Увы, пока что это тоже находится далеко за пределами возможностей наших экспериментаторов. 17:03 Speaker A Третий кандидат на роль квантовой теории гравитации есть у весьма широкой и популярной сегодня теории, которую часто и не очень правильно называют теорией струн. У этой теории есть свой способ починить уравнение квантовой гравитации, уйдя от ультрафиолетовых расходимостей. 17:18 Speaker A По сути, этот способ немного похож на тот, который используется в петлевой гравитации посредством введения неких естественных ограничений на рассмотрение процессов на масштабах меньших, чем платкого длины. Но только если в петлевой гравитации это ограничение жёсткое, то есть масштабы меньше 17:33 Speaker A планковских вообще полагаются не физическими, то в теории струн оно более мягкое. Напомню, теория струн утверждает, что все наблюдаемые, а также ненаблюдаемые, то есть виртуальные частицы, являются всего лишь видами колебаний крошечных струн. длина которых в большинстве вариантов струнных теорий 17:50 Speaker A принимается примерно равной той самой планковской длине порядка 10 -35 степени метра. Ну так вот, коль скоро размер струны - это принципиально минимально возможный размер частицы, то погружение на более глубокий уровень более мелких масштабов не приведёт к рождению новых 18:07 Speaker A частиц, а лишь к новым способам, то есть модам колебания всё тех же струн, которые у нас уже есть. Можно сказать, что теория струн решает проблему бесконечности третьем способу. 18:18 Speaker A Ограничивает неким пределом амплитуду квантовых флуктуаций или, что то же самое, суммарную массу рождающихся виртуальных частиц. И, соответственно, их влияние на гравитацию означат и на пространство. То есть в отличие от петличной гравитации масштабы в 10 в -35 степени метра не теряют смысла, а в 18:35 Speaker A отличие от симпатически безопасной гравитации, та не перестаёт работать на них. Но просто квантовые бесконечности оказываются подавленными благодаря ограничениям нарождения виртуальных частиц, а собственной бесконечности теории относительности благодаря тому факту, что сами струны имеют конечный размер и поэтому их нельзя сблизить 18:53 Speaker A совсем уж на нулевое расстояние. Проблемы струнной гравитацией сравнить тем же, что и у петлевой гравитации. В обеих теориях водятся некие физические объекты. В петлевой гравитации - это клеточки или кубики пространства, а в струнной - те самые струны. И вот 19:08 Speaker A существование этих объектов пока что является только гипотезой, которую ещё надо было бы сначала доказать. И подтвердить или опровергнуть наличие струн и всего, что с ними связано, оказывается не проще, а с некоторых точек зрения даже сложнее, чем дискретность пространства в петлевой 19:25 Speaker A теории. Ну и, наконец, четвёртый кандидат на роль квантовой гравитации - та самая перенормируемая и свободная от фона квантовая гравитация, предложенная Хамадой в 2025 году. В плане подхода к решению проблемы она в чём-то похожа на симптотически безопасную теорию Вайнберга, а вот результаты оказываются 19:42 Speaker A ближе к тем, которые предсказывает теория струн. В отличие от петлевой гравитации или теория струн, Хамада не вводит дополнительные физические объекты. Как и Вайнберг, он просто предлагает математический способ модификации уравнений теории относительности, позволяющий избежать ультрафиолетовых расходимостей, тех самых, ломающих физику бесконечностей. 20:03 Speaker A Однако удивительным образом математическая модификация уравнений Эйнштейна у Хамады как бы задним числом обретает физический смысл. Я не буду слишком подробно погружаться в математику теории Хамады, которая довольно сложна, ощутимо сложнее, чем даже довольно непростая математика теории Вайнберга или самой теории 20:21 Speaker A относительности. Вместо этого я попытаюсь воспользоваться аналогиями, уместными в плане того самого физического смысла. Можно сказать, что у Хамады само пространство время оказывается обладающим упругостью, сопротивляющимся деформации под действиям гравитации. Причём мера сопротивления пропорциональна не первой степени деформации, как сопротивляется 20:42 Speaker A пружина растяжению по закону гука, а её квадрату. При небольших деформациях это сопротивление практически равно нулю, пространство ведёт себя так же, как в общей теории относительности Эйнштейна, где его можно растягивать как угодно и насколько угодно. А вот при больших 20:57 Speaker A деформациях, то есть очень сильных гравитационных полях, возникает аналог упругости, сопротивляющейся дальнейшему натяжению и на определённом этапе уравновешивающей его. Математически выражается это через появление в левой части уравнений Эйнштейна дополнительных членов, пропорциональных квадрату скалярной кривезны пространства и квадрату так называемого тензора Ричи. 21:20 Speaker A Это явление одним махом избавляет теорию гравитации от обоих видов бесконечности, и квантовой, и энйнштейновской. 21:26 Speaker A Сингулярности с бесконечной плотностью, то есть бесконечной кривезной пространство, как у чёрных дыр в классической теории относительности, у Хамады невозможны, потому что упругость пространства не допустит их формирования, сопротивляясь дальнейшему росту гравитационных сил. Точно также те же квантовые флуктуации или, говоря 21:43 Speaker A нашим языком, пена из виртуальных частиц и правда стремится растянуть пространство. Да вот только пространство, начиная с определённого этапа, дальше растягиваться отказывается. Проще говоря, Хамада начал с той же отправной точки, что и Вайнберг. Принялся искать математический трюк, который позволил бы избежать 22:01 Speaker A ультрафиолетовых расходимостей. Однако, в отличие от теории асимптотически безопасной гравитации, где бесконечности исчезают просто потому, что мы повелели им исчезнуть, у Хамады обнаруживается вполне физический и довольно красивый механизм их исчезновения. С другой стороны, теория Хамады, в отличие от петлевой гравитации или струнных теорий, 22:20 Speaker A не предполагает введения новых физических сущностей, а лишь уточняет свойства уже известной нам сущности, пространства времени. Уже даже это делает теорию Хамада весьма интересной и интригующей. Однако одним только этим её преимущества не ограничиваются. Как и другие теории квантовой гравитации, 22:38 Speaker A теория Хамады не допускает существования реальных физических сингулярностей. по хамаде, что в центре чёрных дыр, что в первичной сингулярности Большого взрывате сжата очень сильно, но всё-таки не до бесконечности, так как дальнейшее уплотнение уравновешивается той самой упругостью пространства времени. Среди 22:56 Speaker A прочего, это позволяет Хамаде сделать предположение о том, чем же, собственно, был тот самый Большой взрыв. Согласно теории Хамады, нынешнему циклу расширения Вселенной предшествовало сжатие, в процессе которого материя уплотнялась, как бы создавая всё более мощное гравитационное поле и всё больше 23:14 Speaker A растягивая ткань пространства времени. На определённом этапе упругость пространства времени должна была уравновесить гравитацию, но из-за наличия инерции вселенная уплотнилась ещё немного сильнее, растянув упругую плёнку пространства времени ещё чуть больше, чем оно должно было быть растянуто в положении равновесия. Когда 23:33 Speaker A сжатие всё-таки остановилось, пространство время оказалось перенатянутым, обладающим избыточной упругостью, и начало распрямляться. Это похоже на то, как некто, прыгая на батуте, сначала продавливает его, запасая в резине батута энергию упругой деформацией, а потом батут высвобождает накопленную энергию, распрямляясь и 23:53 Speaker A одновременно подбрасывая прыгуна вверх. Эволюция вселенной по Хамаде выглядит сходным образом, представляя собой чередующиеся циклы расширения, прыгун летит вверх и сжатие, прыгун падает вниз. Сейчас мы живём именно в цикле расширения. Хамада не является первым, кто предложил подобную концепцию. Однако 24:13 Speaker A его теория, если я не ошибаюсь, первая, которая даёт механизм происхождения одного очень интересного явления, предположительно имевшего место в самом начале нынешней фазы расширения, так называемую космическую инфляцию. Суть там в том, что согласно большинству современных космологических теорий, в самом начале своего существования 24:30 Speaker A вселенная пережила краткую, но бурную эпоху стремительного расширения, когда за время порядка 10 в мит3 в2 степени секунды её размер увеличился примерно в 10 втьше степени, то есть в 100 триллинв триллинв раз. Большинство астрофизиков и космологов уверены, что наша вселенная 24:47 Speaker A действительно прошла через инфляционное расширение, потому что эта гипотеза прекрасно согласуется с наблюдательными данными. Однако вот механизм этого процесса пока остаётся неясным. Хамада предлагает такой механизм. В нашей аналогии с батутом эпоха инфляционного расширения - это тот период времени, когда батут растянутого пространства 25:06 Speaker A времени только начинает распрямляться, быстро толкая прыгунавленную вверх. Ну и, наконец, стоит упомянуть ещё один бонус теории Хамады. В ней естественным и органическим образом возникает предсказание существования массивных невидимых частиц. практически идеальных кандидатов на роль тёмной материи, которая позволяет свести концы с концами 25:27 Speaker A в современной космологии, но природа которой пока остаётся тайной для физиков. Для того, чтобы понять, каким образом в квантовых теориях появляются те или иные частицы, надо вспомнить, что в квантовой механике и квантовой теории поля любые возмущения фундаментальных полей часто удобно и принято записывать 25:44 Speaker A как кванты частицы, так возмущение электромагнитного поля, к примеру, оказывается удобно описать в виде частиц фотонов. Собственно, важнейшей задачей любой квантовой теории фундаментального взаимодействия является понять, какие частицы соответствуют возмущениям поля этого взаимодействия и какими должны быть параметры этих частиц, такие как 26:03 Speaker A масса, заряд, спин и тому подобное. Во всех теориях гравитации и теория Хамады не исключения появляется безмассовая и незаряженная частица со спином два, так называемый гравитон. Но в уравнениях теории Хамады появляется ещё один тип возбуждения гравитационных полей, обладающие массой незаряженной частицы 26:23 Speaker A со спином ноль, которые Хамада назвал тёмными частицами. Тёмные частицы участвуют только в гравитационном взаимодействии, и поэтому непосредственно зафиксировать их существование на уровне квантового мира практически невозможно. Как мы с вами уже говорили, гравитация слишком слаба, чтобы влиять на атомы и субатомные 26:40 Speaker A частицы на всех доступных нашему наблюдению масштабах длин и энергии. Однако, так же, как на космических масштабах, слабая сама по себе гравитация начинает играть определяющую роль из-за неограниченной дальности действия. На тех же космических масштабах масса огромного количества тёмных частиц, порождённых возмущениями 26:58 Speaker A гравитационного поля, начинает носить значительный объективно регистрируемый вклад в гравитацию, то есть делать именно то, что и должна делать тёмная материя. Таким образом, перенормируемая и свободная от фона квантовая гравитация Хамады не только предлагает оригинальное и достаточно красивое решение ключевой 27:16 Speaker A проблемы квантовой гравитации, но попутно объясняет ряд других феноменов, уже давно интересующих физиков. И в этом смысле она является весьма интересным и перспективным пополнением семейства теории квантовой гравитации. Увы, как и у всех подобных теорий, у этой теории есть большой и неприятный недостаток. 27:33 Speaker A При нашем уровне развития технологии мы не можем и ещё не скоро сможем проверить и подтвердить, ну или опровергнуть её ключевые положение. Так что пока что и ещё надолго она останется только гипотезой. И это, на самом деле, ключевая проблема квантовой гравитации. 27:49 Speaker A В настоящий момент теоретики проделали большую и плодотворную работу по созданию кандидатов в такие теории. А вот экспериментаторы со своей задачей по проверке этих теорий и определению того, какая из них действительно работает нашей вселенной, пока что справиться не могут. Но они активно работают в этом 28:05 Speaker A направлении и рано или поздно, уверен, их усилия увенчаются успехом. А мы поймём, наконец, как и по каким законам работает гравитация в прекрасном и удивительном квантово-механическом мире субатомных частиц. В наших следующих видео я обязательно продолжу знакомить моих уважаемых зрителей с актуальными 28:22 Speaker A проблемами современной физики и предлагаемыми наукой. способами их решения, как почтенными и заслуженными, так и новыми и прорывными с самого переднего края современной науки. И если вам нравится то, что происходит на нашем канале, то я прошу вас помочь развитию 28:36 Speaker A проекта, став его спонсором здесь, на Ютубе или на страничках в Патреоне и Бустие. Ссылка на последнюю, а также соответствующую QR-код сейчас должны появиться на ваших экранах. Кроме того, все необходимые ссылки будут в описании к видео. Огромное спасибо всем, кто уже 28:50 Speaker A помогает проекту и тем, кто решит присоединиться к числу наших спонсоров сегодня. Ну а у меня на сегодня всё. 28:57 Speaker A Всем спасибо за внимание и до новых скорых встреч в наших следующих видео. Topics: квантовая гравитация Большой взрыв Кензи Хамада перенормируемая теория инфляция Вселенной тёмная материя общая теория относительности квантовая теория поля виртуальные частицы нейросети в науке --- This is the markdown twin of https://sozai.app/transcript/quantum-gravity-theory-big-bang-mystery/ — the same content, without the markup. Published by SozAI (https://sozai.app). Reuse and quotation are allowed with attribution and a link back. Machine-readable index: https://sozai.app/llms.txt · data API: https://sozai.app/api/