Теория петлевой квантовой гравитации берет начало не из квантовой теории поля, а с другой стороны – из общей теории относительности. В ее основу положено понятие пространства-времени, а не содержащейся в нем материи. С эстетической точки зрения могло бы показаться логичным подвергнуть гравитационное поле квантованию. Ведь согласно общей теории относительности оно и есть собственно пространство-время. Тогда, если мы дойдем до достаточно мелкого разрешения, мы увидим, что пространство становится зернистым и дискретным. Подобно тому как в 1900 году Макс Планк предположил, что тепловая радиация в конечном счете распространяется в виде квантовых сгустков, квантование пространства предполагает, что должен существовать какой-то минимальный отрезок, который дальше уже не разделить. Однако кванты гравитационной энергии являются квантами самого пространства, что подразумевает, что они не могут существовать в виде сгустков внутри пространства… они являются сгустками самого пространства.

Считается, что мельчайшая единица пространства – квантовый объем – составляет в поперечнике один планк, то есть 10^-35 метра. Мне всегда доставляло удовольствие представлять, насколько это ничтожный объем. Например, атомное ядро содержит столько планков, сколько кубических метров в Млечном Пути.

Если мы хотим квантовать гравитационное поле, такая дискретизация пространства кажется неизбежной. Из этого следует, что время тоже должно быть «комковатым». Так что ровное пространство и время, данное нам в ощущениях – это не что иное, как крупномасштабное приближение «комковатых» гравитационных квантов, которые представляются нам разглаженными, поскольку отдельные пространственно-временные пиксели слишком малы для нашего восприятия.

Теория петлевой квантовой гравитации абсолютно противоречит теории струн, согласно которой гравитационное поле действует через квантовые гравитационные частицы (гравитоны, лишенные массы состояния струн), и в этом она схожа со Стандартной моделью, согласно которой три силы (электромагнетизм и сильное/слабое ядерные взаимодействия) являются, по сути, квантовыми полями, действующими через частицы – носители импульса. В теории струн этот квант гравитационного поля существует внутри пространства-времени, тогда как в теории петлевой гравитации квантуется само понятие пространства-времени.

Теория петлевой гравитации подразумевает замкнутый маршрут, который ведет от одного кванта пространства через некие соединения к соседним квантам, причем он имеет форму петли и снова выводит к начальной точке. Характер этих петель определяет искривленность пространства-времени. В отличие от струн петли не физические сущности. Реально существуют лишь соотношения между петлями.

В каком-то смысле теория петлевой квантовой гравитации работает в достаточно скромном масштабе. Но, рассмотрев ее повнимательнее, начинаешь понимать, что если она и правда соответствует нашей реальности, то не в том смысле, что события происходят в определенном пространстве в течение определенного периода времени, а в том, что Вселенная и все, что в ней есть, – вся материя и энергия – это лишь сосуществующие квантовые поля, перекрывающие друг друга. Причем для существования этих полей не требуется ни пространства, ни времени, поскольку само пространство-время представляет собой одно из этих полей.

Итак, мы пока не можем утверждать, что получили истинную теорию всего; мы также еще не понимаем, как свести воедино квантовую механику и общую теорию относительности. Скорее, у нас есть теории, претендующие на эту роль, которые имеют определенные перспективы, но все же оставляют много вопросов открытыми.

Некоторые блестящие физики посвятили всю свою жизнь разработке одной из таких теорий, однако, как и в случае с различными интерпретациями квантовой механики, здесь все сильно замешано на социологии науки, и мнение о том, какая теория наиболее перспективна, на самом деле зависит от того, с кем ты разговариваешь. Итак, в общих чертах в красном углу ринга – теория струн, которая на данный момент представляется нашей самой удачной попыткой унификации всех четырех сил природы, хотя после более чем 30-летних исследований она все еще является спекулятивной. Действительно, можно сказать, что это еще даже не настоящая научная теория, поскольку она не позволила сделать никаких экспериментально подтверждаемых предположений. А в синем углу ринга – теория петлевой квантовой гравитации, которая кажется наиболее логичным способом квантизации пространства-времени, однако не помогает объединить гравитацию с остальными силами. Мы так и не знаем, какой из двух подходов ближе к истине, следует ли их объединить или, может, поискать какую-нибудь совершенно новую теорию?

И это прямо подводит нас к вопросу о современных проблемах и противоречиях в фундаментальной физике, а также о том, какие открытия могут нас ожидать в ближайшем будущем.

Рис. 4. Унификация – упрощенная схема, иллюстрирующая, как концепты физики (теории, явления, силы) с годами сближались друг с другом. Заметьте, что, хотя хронология соответствует действительности (в направлении слева направо), она не слишком точна. Например, специальная теория относительности расположена прямо под ньютоновской теорией притяжения, хотя последняя появилась на 100 лет раньше