Що таке квантова гравітація? Чи обов'язково квантування гравітації призводить до "дискретності" простору і часу?
Ні, - стверджує астрофізик Віктор Тот, університет Торонто.
Одне з найпоширеніших непорозумінь квантової теорії полягає в тому, що вона має намір зробити речі дискретними. Але це, за його словами, результат. Не причина, а наслідок.
Звісно, висновок про передбачувану дискретність пов'язаний самим фактом походження квантової теорії. За ідеєю, вона має пояснювати речі, які включають дискретність. Питомі рівні енергії в атомах, наприклад. Або закон випромінювання Планка. Або фотоелектричний ефект. І так далі.
Але справжня теорія не починається з того, щоб зробити речі дискретними. Скоріше, йдеться про те, щоб перевернути загальноприйняту фізику з ніг на голову, допускаючи не лише класичні рішення, а й так звані лінійні комбінації цих станів.
Найбільш спрощений шлях з точки зору математики полягає в тому, щоб почати з доступного гамільтонова виразу, виконати трохи алгебраїчних обчислень, замінити позиції та імпульси на диференціальні оператори, а потім спостерігати лінійність і однорідність рівнянь, що моделюють те чи інше явище.
Отже, маючи два різні розв'язки, будь-яка лінійна комбінація також виявляється розв'язком, навіть якщо це не має значення в класичній фізиці.
Речі стають дискретними лише тоді, коли ми застосовуємо квантову теорію до конкретних систем, найпростішою з яких є так званий гармонійний осцилятор (наприклад, маятник з невеликим коливанням).
Саме тоді ми виявляємо, що рівні енергії системи - квантовані. Гармонійний осцилятор можна використовувати для опису багатьох явищ, зокрема й електронних орбіт в атомах, тож так, це означає, що вони будуть квантовані.
І якщо квантова теорія дійсно застосовується до гравітації, тоді гравітаційне поле (не простір, не час і навіть не "простір-час", а скоріше метрика простору-часу) представляється квантовим полем.
Це означає, що на будь-якій заданій частоті його енергетичні рівні будуть квантовані так само, як квантовані енергетичні рівні електромагнітного поля на будь-якій заданій частоті.
Знову ж таки, такий підхід справедливий тільки в разі слабких полів; якщо поле сильне, чітке визначення дискретних рівнів енергії більше не є точним описом.
У будь-якому разі, те, що квантувалося, - це вже гравітаційне поле, а не простір, час або простір-час.
