# Массивный гравитон и ошибка на 28 порядков: как физики пересматривают законы Эйнштейна

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=O7MN64JlsMw
Канал: The Royal Institution
Опубликовано: 04.06.2024

---

Профессор Клаудия де Рам (Claudia de Rham) из Имперского колледжа Лондона посвятила карьеру изучению фундаментальных основ мироздания. В своей лекции в The Royal Institution она рассказывает, почему общая теория относительности Эйнштейна, несмотря на свою гениальность, предсказывает собственный крах и как гипотеза о «массивном гравитоне» может решить главные загадки космологии.

## 🍎 Природа гравитации: почему падение — это не больно
[[JUMP:01:33]]

По мнению Клаудии де Рам, наше восприятие гравитации часто ошибочно. Боль, которую мы чувствуем при ударе о землю после падения, не имеет отношения к гравитации как таковой [01:49]. Это результат действия контактных сил — электромагнитного взаимодействия между атомами нашего тела и земли, а также принципа исключения Паули, который не позволяет электронам занимать одно и то же состояние [02:03].

Ключевые аспекты «чистой» гравитации:

*   **Принцип эквивалентности:** Гравитация действует на все объекты и каждую клетку тела абсолютно одинаково [04:18]. В состоянии свободного падения (например, в космосе) человек не чувствует гравитацию, хотя находится под её полным влиянием.
*   **Эксперимент Галилея:** Постулированный в XVI веке принцип был наглядно подтвержден во время миссии «Аполлон» на Луне, когда молоток и перо упали одновременно из-за отсутствия сопротивления воздуха [05:13].
*   **Универсальность:** Гравитации подвержены все — от массивных черных дыр до невесомых частиц света (фотонов) [07:02].

## 🕸 Эйнштейн и искривление ткани пространства-времени
[[JUMP:07:30]]

Клаудия де Рам поясняет, что согласно общей теории относительности (ОТО), гравитация — это не просто сила, действующая между телами, а проявление геометрии самого пространства-времени [07:30].

Массивные объекты, такие как Солнце или Земля, искривляют структуру пространства вокруг себя [07:44]. Профессор приводит наглядную аналогию:

1.  Представьте поверхность, выложенную плоскими плитками.
2.  Сами по себе плитки плоские, но их соединение под определенными углами создает общую кривизну [09:08].
3.  Орбиты планет — это на самом деле прямые линии в искривленном пространстве-времени [09:37].

По словам де Рам, её собственная жизнь и переезды из Швейцарии в Перу, Мадагаскар и другие страны — это тоже «прямая траектория», адаптирующаяся к сложности мира [10:46].

## ⚡️ Гравитация против электромагнетизма: эксперимент с Барби
[[JUMP:11:30]]

Несмотря на глобальное влияние, гравитация — самая слабая из четырех фундаментальных сил природы [21:07]. Чтобы продемонстрировать это, Клаудия де Рам провела эксперимент с куклой Барби и генератором статического электричества [13:08].

*   **Результат:** Переноса всего нескольких электронов на волосы куклы было достаточно, чтобы электромагнитное отталкивание полностью скомпенсировало гравитационное притяжение всей планеты Земля [13:33].
*   **Световой вестник:** Ускорение зарядов порождает электромагнитную волну (свет), переносчиком которой является фотон [14:55].
*   **Гравитационный «брат»:** Аналогично свету, ускорение масс порождает гравитационные волны [16:40]. Профессор в шутку называет их «glide» (скольжение), отмечая, что машем мы руками или движемся — мы создаем гравитационные волны, хотя их интенсивность бесконечно мала для регистрации [16:55].

Первый сигнал гравитационных волн от слияния черных дыр был зафиксирован в сентябре 2015 года (объявлено в феврале 2016-го), что подтвердило предсказания Эйнштейна столетней давности [18:32].

## 🕳 Где ошибается Эйнштейн: черные дыры и планковская шкала
[[JUMP:19:57]]

Клаудия де Рам утверждает, что главное достоинство теории ОТО — это её способность предсказывать собственный предел применимости [19:29].

Существуют области, где теория Эйнштейна выдает «бессмыслицу» (например, вероятность события более 100%):

*   **Планковская шкала:** При энергиях, превышающих возможности Большого адронного коллайдера (БАК) в миллион миллиардов ($10^{15}$) раз, ОТО перестает работать [32:06].
*   **Центр черной дыры:** Внутри черной дыры понятия пространства и времени меняются местами [37:03]. По расчетам де Рам, путь до центра черной дыры в центре нашей галактики (расстояние 11 млн км) займет всего 40 секунд [37:18].
*   **Сингулярность:** При приближении к центру кривизна становится настолько огромной, что ОТО ломается еще до достижения самой точки сингулярности [38:39].

## 🌌 Главная ошибка в истории науки: загадка расширения Вселенной
[[JUMP:40:10]]

Если черные дыры — это предел ОТО на малых масштабах, то на космологических расстояниях возникает другая проблема. Вселенная расширяется с ускорением, что противоречит идее о гравитации как о силе притяжения, которая должна была бы замедлять это расширение [43:25].

Профессор называет расчеты «вакуумной ванны» (энергии вакуума, связанной в том числе с полем Хиггса) величайшим позором в истории науки:

1.  **Проблема:** Квантовая физика предсказывает определенную плотность энергии вакуума, которая должна «расталкивать» пространство [46:22].
2.  **Нестыковка:** Наблюдаемое ускорение расширения Вселенной отличается от теоретически предсказанного на 28 порядков [47:05]. (Примечание: в классической литературе часто упоминается разница в 120 порядков, де Рам приводит более консервативную оценку для конкретных параметров).
3.  **Кризис:** Либо мы не понимаем природу вакуума, либо ОТО неверно описывает гравитацию на огромных расстояниях [47:57].

## ⚖️ Теория массивной гравитации: как «укротить призраков»
[[JUMP:48:37]]

Клаудия де Рам предлагает радикальную идею: что если гравитон (частица-переносчик гравитации) имеет массу? [49:07]

В теории Эйнштейна гравитон безмассовый, как фотон, а значит, гравитация имеет бесконечный радиус действия [51:04]. Если же придать гравитону крошечную массу, её радиус действия станет конечным, и она будет «слабеть» на космологических масштабах, что объяснило бы аномалии расширения [52:21].

Исторически эта идея отвергалась из-за математических проблем:

*   **«Призраки» (Ghosts):** В ранних моделях массивной гравитации появлялись частицы с отрицательной энергией, которые должны были мгновенно уничтожить Вселенную [54:09].
*   **Решение:** В 2010-х годах Клаудия де Рам вместе с коллегами Григорием Габададзе и Эндрю Толли разработала математическую «ловушку» (dRGT-теория). Они использовали сложную структуру (аналогичную лестнице Пенроуза), которая удерживает «призрака» в ограниченном пространстве, не давая ему вредить системе [55:04].

## 🛰 Будущее гравитации: в поисках ответов
[[JUMP:57:04]]

Масса гравитона, если она существует, должна быть невообразимо мала — гораздо меньше массы нейтрино [57:29]. Проверить это можно будет с помощью космических детекторов гравитационных волн, таких как будущая миссия LISA [57:41].

Если гравитон имеет массу, волны разных частот («цветов») будут двигаться с разной скоростью [58:19]. Сравнение сигналов от далеких космических событий позволит окончательно подтвердить или опровергнуть теорию массивной гравитации [58:34].

Завершая выступление, де Рам подчеркивает, что гравитация, будучи самой слабой и «застенчивой» силой, на самом деле определяет судьбу всей Вселенной, управляя рождением галактик и самой тканью пространства-времени [1:00:44].