Профессор Ричард Вудард из Университета Флориды (США) выяснил, как влияет квантовая гравитация на взаимодействие заряженных частиц, и какие выводы можно сделать, если учесть вклад гравитации в уравнениях Максвелла. Он рассказал в ФИАНе во время Гинзбурговской конференции по физике о весьма изощренных эффектах, возможность существования которых ранее не принималась во внимание.

Гравитация – одно из фундаментальных взаимодействий, согласно которому все имеющие массу тела испытывают притяжение друг к другу.

В случае планет и звёзд гравитационная сила становится определяющей. В случае с элементарными частицами гравитация вносит, казалось бы, чисто символический вклад. Однако когда речь идет о квантовых явлениях и их масштабах, даже «символический» вклад может привести к интересным тонким эффектам. Это и показал в своей работе Ричард Вудард.

Основным инструментом профессора Вударда была техника Швингера-Келдыша. Известный российский физик, cотрудник ФИАН, академик Леонид Келдыш и параллельно американский физик Джулиус Швингер предложили эту технику в конце 50-х годов 20-го столетия. По своему назначению методика позволяет вычислять средние значения параметров, наблюдаемых в физических экспериментах, которые выходят за рамки экспериментов по рассеянию (столкновению) частиц.

Используя эту технику, Ричард Вудард рассчитал вклад гравитационного поля в электростатический потенциал от точечного неподвижного заряда, а если точнее, то выяснил, каким образом закон Кулона модифицируется за счет вклада гравитационного поля.

«Квантовое гравитационное поле проявляется здесь в виде очень малой поправки, – рассказал профессор Ричард Вудард во время Гинзбурговской конференции по физике, прошедшей в ФИАНе с 28 мая по 2 июня 2012 года. – Она пропорциональна произведению энергии взаимодействия двух электрических зарядов и очень малой гравитационной постоянной».

Однако, если вклад гравитации в кулоновское взаимодействие выливается в виде безобидной малой поправки, то концептуальный вклад квантовой гравитации в теорию электромагнетизма, структурированную Максвеллом в его знаменитых уравнениях, проявляется интереснее.

Из преобразованных с учетом гравитационного вклада уравнений Максвелла можно сделать вывод о возможности распространения частиц со скоростями больше скорости света.

Например,

фотоны, согласно классической электродинамике, летят со скоростью света, но с учетом вклада гравитационного поля в закон распространения фотонов возникает слабый эффект увеличения их скорости, что в достаточно вольном изложении можно назвать нарушением причинности или «машиной времени».

Аргумент против этого находится в определении понятия скорости света. В данном случае скорость света является не универсальной постоянной, а своего рода функцией расстояния между зарядами.

Тогда в приближенном смысле можно сказать, что скорость света на очень близких к заряду расстояниях, на которых ее измерение вряд ли является принципиально возможным, становится существенно отличной от привычной скорости света, в то время как на больших расстояниях этот эффект ничтожно мал.

«О машинах времени здесь, конечно, говорить нельзя, – прокомментировал результаты расчетов профессора Вударда ведущий научный сотрудник сектора теории элементарных частиц ФИАН, доктор физико-математических наук Андрей Барвинский, – но сам по себе эффект очень тонкий и в чем-то привлекательный. Дело в том, что это один из немногих эффектов, который можно просчитать до конца. Как правило, расчет и анализ большинства интересных и важных задач в области квантовой гравитации, к сожалению, осуществить напрямую невозможно. Это связано с тем, что либо математические методы в этой области пока плохо развиты, либо при расчете фигурируют внутренние существенные противоречия на чисто квантовом уровне. А это один из достаточно несложных расчетов, который доведен до конца и, несмотря на небезупречную интерпретацию, приводит к конкретному результату, мотивирующему дальнейшие исследования».

Рис. 1. Схематичное изображение петлевой квантовой гравитации, согласно которой пространство и время состоят из квантовых ячеек, соединенных друг с другом определенным образом (ресурс -Wikimedia).