Umělecký koncept gravitační sondy B obíhající kolem Země za účelem měření časoprostoru, čtyřrozměrný popis vesmíru včetně výšky, šířky, délky a času. Kredit: NASA.

Není žádným tajemstvím, že jedna z největších bitev fyziky už celá desetiletí probíhá při smiřování kvantové mechaniky s obecnou relativitou. Kvantová mechanika panuje v mikrosvětě, obecná relativita vládne ve velkých, typicky kosmických měřítcích. Všichni by si přáli smír, ale je to ohromně těžký úkol.

Gravitace a entropie. Kredit: Bianconi (2025). Physical Review D.

Matematička Ginestra Bianconiová z Queen Mary University of London ve své zbrusu nové studii odvážně navrhuje nový přístup, který by mohl přinést zvrat v našem chápání gravitace a jejího vztahu s kvantovou mechanikou. Odvozuje gravitaci z kvantové relativní entropie, což je kvantově mechanická obdoba relativní entropie, vycházející z kvantové informační teorie.

Bianconiová nabízí novou perspektivu v celé záležitosti tím, že zachází s metrikou časoprostoru, což je klíčový koncept obecné relativity, jako s kvantovým operátorem. Kvantová relativní entropie v tomto případě popisuje vztah mezi geometrií časoprostoru a hmotou.

Ginestra Bianconi. Kredit: Queen Mary University of London.

Přístup Bianconiové vede k modifikovaným Einsteinovým rovnicím. Při nízkých energiích a malém zakřivení časoprostoru tyto rovnice odpovídají klasickým rovnicím obecné relativity. Teorie Bianconiové rovněž předpovídá malou a kladnou kosmologickou konstantu, která, co čert nechtěl, pěkně pasuje na experimentální pozorování zrychlování rozpínání vesmíru. Mnohem lépe než konkurenční teorie. Klíčovou roli ve zmíněných modifikacích Einsteinových rovnic hraje nově zavedené G-pole, které funguje jako soubor Lagrangeových multiplikátorů, matematicky řečeno.

Logo. Kredit: Queen Mary University of London.

Důsledky výzkumu Bianconiové mohou být značné. Propojením gravitace s kvantovou informační teorií rýsuje cestu k jednotné teorii kvantové gravitace. G-pole by navíc mohlo nabídnout nový pohled na povahu temné hmoty, s možným výhledem na úlevu ve fyzice. Bianconiová vlastně navrhuje, že kvantová gravitace má kořeny v entropii a že by projevy G-pole mohly být tím, čemu říkáme temná hmota. Jako bonus nabízí emergentní kosmologickou konstantu, která se „vynořuje“ z rovnic.

V tuto chvíli jde pochopitelně o zcela okrajovou teorii. Při současné neutěšené situaci s temnou hmotou a temnou energií se ale vědci chytají každého stébla. Bianconiová každopádně otevřela cestu k novému výzkumu, který by mohl v budoucnu překvapit, anebo se ukáže být slepou uličkou.

Video: ECMI2021 Talk Ginestra Bianconi, "Multilayer Networks: Structure and Function"

Video: Prof. Ginestra Bianconi | Topology shapes dynamics on higher-order networks

Literatura

Queen Mary University of London 4. 3. 2025.

Physical Review D 111: 066001.