Сто років потому: рівняння Шредінгера все ще веде до відповіді — чи є Всесвіт голограмою? Сто років після того, як Шредінгер представив своє революційне рівняння, фізики й досі прагнуть досягти священного Грааля науки: об’єднаної теорії, що поєднує дивний світ квантової механіки з космічними масштабами загальної теорії відносності.
В Університеті штату Юта дослідники використовують радикальну ідею, відому як голографічний принцип, щоб побудувати міст між цими двома фундаментальними теоріями. Створюючи точні математичні моделі, вони вирушають туди, куди експеримент не здатен дістатися — до самих меж простору-часу й гравітації.
Рівняння Шредінгера: квантовий стрибок у фізиці
Рівно сто років тому австрійський фізик Ервін Шредінгер — так, той самий з “котом у коробці” — представив рівняння, що змінило науку. Рівняння Шредінгера стало одним із наріжних каменів квантової механіки, надавши вченим потужний інструмент для обчислення хвильової функції системи та її динамічних змін у часі.
“Квантова механіка разом з теорією загальної відносності Альберта Ейнштейна — це два стовпи сучасної фізики,” — каже фізик Абгай Катял з Університету штату Юта. — “Проблема в тому, що понад пів століття вчені намагаються примирити ці дві теорії.”
Примирення несумісних світів
Квантова механіка керує дивним світом атомів і субатомних частинок. Натомість загальна відносність пояснює, як працює гравітація для масивних об’єктів, таких як зірки, планети й галактики. Обидві теорії надзвичайно успішні в межах своїх сфер, але вони суперечать одна одній, коли їх намагаються застосувати разом.
“Багато невідомих у фізиці пояснюються однією чи іншою теорією, але ці пояснення часто несумісні,” — каже Оскар Варела, доцент і науковий керівник Катьяла. — “Квантова гравітація — це спроба поєднати ці теорії, але й досі ми не знаємо, чим насправді є квантова гравітація.”
У статті, опублікованій 6 травня 2025 року в журналі Physical Review Letters, фізики Університету штату Юта Оскар Варела, Абгай Катял і Рітабрата Бгаттачар’я (на фото не зображений) запропонували нову математичну основу для опису фундаментальних принципів фізики в подвійних, але часто суперечливих реальностях квантової механіки та загальної відносності. Дослідження фінансується Національним науковим фондом США в межах програми “Елементарна теоретична фізика частинок”.
“Запропоновані теорії квантової гравітації важко перевірити експериментально, бо у нас немає технологій для спостереження ефектів на надвисоких енергіях чи надмалих масштабах,” — пояснює Варела. — “Для нас, теоретичних фізиків, точна математична модель — це як експериментальне обладнання: вона дозволяє робити прогнози щодо реального світу.”
Рух до нових горизонтів фізики
Для команди з Юти голографічний принцип є інструментом для прориву до нових меж наукової думки.
“Голографічний принцип — це наша модель для створення прогнозів у сфері квантової гравітації,” — каже Варела.