Сучасні теорії поля взагалі не передбачають існування такої речі, як «частинка». Точніше кажучи, вони всі - про викривлення простору, часу, простору-часу.
Зокрема, квантові теорії поля передбачають існування кривизни, де можуть бути виникати "частинки". Хоча й необов'язково.
ЗТВ відрізняється тим, що вона описує кривизну просторово-часової сутності (чітко не позначаючи, що це таке), тоді як всі інші теорії поля описують кривизну "внутрішніх" просторів...
Навіть електромагнетизм переживає період концептуального оновлення, будучи найпростішою теорією для розгляду. Класична теорія описує "потенціал", Aμ, який стає "калібрувальним зв'язком" у квантовій теорії, а електромагнітні поля кодуються тензором Fμν=∂μAν-∂νAμ - вводиться “кривизна калібрувального зв'язку”.
Поблизу заряду, магніту або струму значення цього тензора більші. Речі, які пов'язані з електромагнітним полем, діють як джерела електромагнітного поля - так з'являються джерела кривизни калібрувального зв'язку.
Тобто електромагнетизм перетворюється в теорію викривлення калібрувального зв'язку, не допускаючи існування фотонів. Формально.
Але фотони все ж таки додаються. Як найменші збудження електромагнітного поля, що допускаються природою. Звідки ж тоді виникає кривизна?
З комфортної для фізиків математики. Тут рівняння руху електромагнітних полів, а по суті рівняння руху кривизни вимірювального з'єднання, - це і є рівняння руху фотонів. Відповідно, світлові частинки не мають маси та володіють спіном 1. Інакше формули не сходяться. А математика, як вчать на фізичному факультеті, має бути “красивою”. Пояснювати все, що завгодно, без зайвого “фізичного навантаження” на рівняння.
Що стосується гравітації. Загальну теорію відносності можна зробити дуже схожою на інші калібрувальні теорії у "формалізмі першого порядку", де зв'язок простору-часу подається одним з динамічних полів. Рівняння руху ЗТВ описують енергію, а відтак - джерело викривлення. Теорія відносності таким чином детермінує всі інші польові теорії.
В цьому відношенні ЗТВ також виникає з квантової теорії. Це означає, що існує найменше можливе збудження гравітаційного поля - гравітон. Не частинка, а так - деякий носій та одночасно математична функція, необхідна для пояснення гравітації.
За цією моделлю, гравітони мають бути безмасовими, незарядженими й мати спін 2. Такий собі аналог фотона, тільки для опису іншої фундаментальної сили.
Але якщо ми виходимо з “класичного” розуміння викривлення простору-часу, тоді гравітони - це симетричні тензори рангу 2.
Висновок: обидві моделі дають однаковий результат для слабких гравітаційних полів, але не сумісні для сильних полів або високих енергій. Отже, всі на пошук єдиної теорії!
Хоча насправді мова (вірогідно) йде про математичну помилку або неточність розуміння фізичних процесів. У нас чомусь дуже бояться описувати природу без фізичних формул. А ви спробуйте. У Ньютона, до речі, непогано виходило.
Але науковці, не дійшовши однозначного висновку, що таке гравітони, все ж таки шукають експериментальні способи перевірити їх існування.
Звідси й спостереження за гравітаційними хвилями, які вважаються проявами коливання простору-часу, що поширюються зі швидкістю світла. І пошук зіткнень чорних дір або нейтронних зірок. Хоча.. гравітація існує і поза межами вселенських катастроф.
Виходить, необхідна деяка квантова взаємодія, яка б “укладала” гіпотетичні збудження простору-часу в пакетики-гравітони. Яка саме - ми не знаємо. І чи варто її шукати - теж не зовсім розуміємо.
Можливо, допоможе пошук ефектів квантової гравітації на мікроскопічних масштабах. Наприклад, деякі альтернативні теорії передбачають, що простір-час має дискретну структуру на планківському рівні (близько 10^-35 метрів).
Але якщо це так, тоді порушується лоренцева інваріантність, незалежність фізичних законів від швидкості системи відліку. Таке порушення можна було б спостерегти за допомогою дуже точних атомних годинників або за допомогою вимірювання спектра космічного мікрохвильового фону.
Теоретична і практична задачка близького майбутнього.
