Общую теорию относительности, возможно, придется модифицировать

Гравитация в ОТО рассматривается как геометрический эффект — проявление искривления пространства-времени (иллюстрация Карин Кейн)

Авторы большинства концепций, предполагающих внесение поправок в общую теорию относительности (ОТО), признают истинность ее физических принципов; вводимые изменения затрагивают только действие и определяемые с его помощью по принципу наименьшего действия уравнения движения. В этом нет ничего удивительного: предсказания ОТО подтверждаются данными экспериментов, а некоторые ее элементы успешно применяются на практике (к примеру, учитываются в работе системы глобального позиционирования GPS). Если квантовая механика способна адекватно описывать гравитационное взаимодействие, квантовые поправки должны, как считается, несколько модифицировать действие.

Предложенная Петром Хоравой (Petr Horava) из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США) квантовая теория гравитации (см. статьи [1], [2] и [3], опубликованные в изданиях Physical Review D, Physical Review Letters и Journal of High Energy Physics соответственно) выделяется на фоне остальных: в ней постулируется нарушение ключевого для ОТО принципа симметрии — лоренц-ковариантности — на малых расстояниях. В своих рассуждениях ученый опирался на исследования советского физика Евгения Михайловича Лифшица: он показал, что при построении теории на базе преобразований Галилея и введении квантовых поправок, значение которых увеличивается с расстоянием, можно достичь лоренц-ковариантности на дистанциях, значительно превышающих те, на которых определяется теория. Работа Лифшица, отметим, была связана с изучением фазовых переходов второго рода.

Та же идея лежит в основе теории Хоравы: предполагается, что при правильном выборе квантовых поправок на больших расстояниях она будет соответствовать ОТО, а на малых дистанциях поправочные члены начнут доминировать, и принцип общей ковариантности выполняться не будет. Хорава предложил довольно простой вариант действия для своей теории; американские ученые вывели с его помощью полный набор уравнений движения и рассмотрели их сферически симметричные решения. Как выяснилось, эти решения значительно отличаются от сферически симметричного решения Шварцшильда уравнений Эйнштейна, что отражает сложность задачи модификации ОТО. Авторы также показали, что при внесении небольших изменений в запись действия можно получить близкое к метрике Шварцшильда решение.

Полученные американскими исследователями результаты использовал в своей работе физик Горациу Настасе (Horatiu Nastase), представляющий Токийский технологический институт (Япония); он установил, что предложенное Хоравой действие будет соответствовать ОТО лишь за так называемым космологическим горизонтом, то есть на дистанциях, превышающих размеры наблюдаемой Вселенной (см. препринт статьи Настасе на сайте arXiv). Ученый предложил свой вариант изменений вида действия, который позволяет решить эту проблему.

Очевидно, теория Хоравы требует дополнительного анализа, и осмыслить все ее следствия специалисты пока не успели.

Полная версия отчета ученых из США опубликована в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Американского физического общества.

Оригинал статьи находится на сайте Компьюлента