Гравітація не пояснюється на квантовому рівні. Ба більше, квантова теорія гравітації, яка б могла об'єднати загальну теорію відносності та квантову механіку, все ще залишається головним викликом для фізиків-теоретиків.
Вченим необхідно розрахувати гравітаційні амплітуди, які описують ймовірність процесів розсіювання за участю гравітонів. Фантастика, якщо навіть вдасться довести існування гіпотетичних частинок, що опосередковують гравітацію.
У нещодавній статті, опублікованій в Physical Review Letters, команда дослідників з Варшавського університету та Каліфорнійського університету в Берклі запропонувала новий метод розрахунку гравітаційних амплітуд, який виявляє їхню приховану перестановочну симетрію і геометричний зв'язок.
Метод базується на інтерпретації амплітуд через прості будівельні блоки, які називаються однопетлевими провідними сингулярностями. Останні, за теорією, пов'язані із залишками амплітуд у певних сингулярних точках комплексної площини.
Запропонований метод відтворює відомі результати для найпростішого класу амплітуд, що порушують максимальну спіральність у системі з двома гравітонами з протилежними спіралями, а також будь-яку кількість гравітонів з однаковою спіраллю.
Вони також поширили свій метод на амплітуди, що порушують максимальну спіральність з трьома гравітонами з протилежними спіралями. Тепер можна виявити повну перестановочну симетрію цих амплітуд, тобто амплітуди інваріантні при будь-якій заміні зовнішніх гравітонів.
Автори статті також обговорили можливий зв'язок між їхнім методом і геометрією лінійних підпросторів векторного простору (геометрія Грассмана).
Згідно з логікою дослідження, будівельні блоки дуже схожі на ті, що використовуються в розширенні амплітуд глюонів, описуючи процеси розсіювання сильної ядерної взаємодії.
Відомо, що амплітуди глюонів мають глибокий зв'язок з геометрією Грассмана, оскільки вони моделюються в термінах dlog форм підпросторів Грассмана.
Тому дослідники припускають, що подібний зв'язок може існувати й для гравітаційних амплітуд, і що їхній метод прокладає шлях для знаходження гравітонів.
Довідка:
Гравітони - це гіпотетичні частинки, які вважаються носіями гравітаційної сили. Технологія приблизно така сама, як і на прикладі фотонів, що переносять електромагнетизм.
За цією логікою, гравітони не мають маси, електрично нейтральні й рухаються зі швидкістю світла. Також передбачається, що вони мають спін 2, а це означає, що вони обертаються у двох різних напрямках.
Однак на цей час (грудень 2023 року) гравітони не знайдені. Не існує й повної квантової теорії гравітації. Хоча деякі фізики вважають, що теорія струн, концепція, яка намагається об'єднати всі фундаментальні сили та частинки природи, здатна надати послідовний опис гравітонів.
Зокрема, у теорії струн гравітони розглядаються як коливання крихітних структур (струн), з яких побудований Всесвіт.
Гравітаційні амплітуди - це ймовірності процесів, пов'язаних з випромінюванням або поглинанням гравітаційних хвиль, тобто ймовірності коливання простору-часу, викликані рухом масивних об'єктів.
Гравітаційні амплітуди відіграють важливу роль у квантовій теорії гравітації, адже вона намагається поєднати загальну теорію відносності Ейнштейна з квантовою механікою.
Однак, прорахувати гравітаційні амплітуди - занадто складна задача, що потребує вирішення нелінійних рівнянь загальної теорії відносності з врахуванням квантових ефектів.
Зазвичай, фізики використовують метод пертурбацій, який полягає у розкладанні амплітуди на ряд членів, що відповідають порядкам малого параметра, відповідного за силу взаємодії.
Наприклад, для електромагнітних хвиль цей параметр — практично невловима стала зв'язку електромагнітної взаємодії. Тому, для отримання достатньої точності достатньо обмежитися першими кількома членами ряду.
Проте, для гравітаційних хвиль ситуація дещо інша. Параметр, що визначає силу гравітаційної взаємодії, залежить від енергії процесу. Для високоенергетичних процесів, таких як злиття чорних дір, він стає дуже великим, і метод пертурбацій перестає бути ефективним. Відтак, потрібні інші методи з врахуванням нелінійності та квантовості гравітації.
