Программы синтеза квантовой теории поля и ОТО

Известно, что ОТО опирается на СТО, а квантовая теория поля учитывает квантовую механику и СТО. Эти теории достигли больших успехов, но вместе с тем они не свободны от проблем. Общая теория относительности не полностью совместима с квантовой теорией, и сегодня никто еще не преуспел в формулировке квантовой теории гравитации. Ученые убеждены, что эти трудности, в конце концов, будут разрешены, когда квантовую теорию ноля и ОТО удастся объединить в некоторую новую теорию [14]. В современной физике развивается ряд новых фундаментальных теорий, в том числе программа на основе теории струн, твисторная программа Р. Пенроуза, программа квантовой гравитации С. Хокинга.

Суперструпная теория пытается синтезировать все виды физических взаимодействий. Ее основными теоретическими объектами являются суперструны и суперструнный вакуум. В ней стало возможным обобщение понятия поля до концепции суперструнного квантованного поля, зависящего от конфигурации суперструн. Суперструнное пространствовремя есть пространство всех возможных конфигураций суперструн, т. е. метрический аспект суперструнного поля. Можно сказать, что на планковских расстояниях осуществляется суперструнная концепция пространства-времени, физически эксплицируемая на суперструнном квантованном поле и математически представимая в виде многомерного псевдоевклидова пространства-времени Минковского [8]. Достаточно последовательная квантовая теория суперструн Грина — Шварца была сформулирована непротиворечивым образом в десятимерном пространстве-времени Минковского, шесть измерений которого компактифируются при выходе за пределы планковского объема.

В твисторной программе Р. Пенроуза пространство-время считается вторичной концепцией, а твисторное пространство является более фундаментальным понятием. Эти два пространства связаны соответствием, согласно которому световые лучи в пространстве-времени являются точками в твисторном пространстве. Следовательно, точка в пространстве-времени представляется множеством проходящих через нее световых лучей. Поэтому точка в пространстве-времени становится сферой Римана в твисторном пространстве. «Мы будем считать, — пишет Р. Пенроуз, — твисторное пространство тем пространством, в рамках которого мы будем описывать физику» [14, с. 126]. В твисторном пространстве можно строить квантовую физику, а можно развить теорию твисторов, которая могла бы быть применена к искривленному пространству времени и могла бы воспроизвести уравнения Эйнштейна. Пенроуз уделяет большое внимание структуре пространственно-временных сингулярностей. Он считает, что квантовая гравитация не устраняет сингулярности. «Истинная теория квантовой гравитации должна заменить наши сегодняшние представления о пространстве-времени в сингулярностях. Она должна дать ясный и четкий способ рассмотрения того, что в классической теории мы называем сингулярностями. И она не должна быть просто не сингулярным пространством-временем, а чем-то совершенно другим» [14, с. 47]. В своей лекции «Твисторный взгляд на пространство-время» Р. Пенроуз развивает следующую идею: «Теория, которая объясняет структуру сингулярностей, должна парушать Т, РТ, СТ, и СРТ инвариантности» [14, с. 122J. Пенроуз, кроме того, склоняется к асимметрии времени.

С. Хокинг развивает программу квантовой гравитации, в рамках которой сделаны два наблюдательно проверяемых предсказания, в отличие от теории струн и твисторпой программы. С. Хокинг полагает возможным не отказываться от фундаментальной СРТ-теоремы. Он не считает, что с черными дырами связана какая-то асимметрия во времени. В классической общей теории относительности черные дыры определяются как области, внутрь которых могут попадать разные предметы, но из которой ничто не может выйти обратно. «Тогда можно спросить, — пишет Хокинг, — а почему не существуют белые дыры, из которых предметы могут выходить, но не могут упасть обратно? Мой ответ состоит в том, что хотя черные и белые дыры являются совершенно различными в классической теории, в квантовом случае они одинаковы. Квантовая теория устраняет различие между ними: черные дыры могут излучать, а белые дыры, по-видимому, могут поглощать. Я предлагаю считать черной дырой область, если она является большой и классической, и при этом мало излучает. С другой стороны, поведение маленькой черной дыры, испускающей квантовое излучение, в точности соответствует поведению белой дыры» [14, с. 142].

Стивен Хокинг полагает, что появление и исчезновение черных дыр является симметричным во времени. Он пишет: «В одном направлении времени мы увидим черные дыры, которые сначала появляются, а потом исчезают. В другом направлении — получим исчезающие и появляющиеся белые дыры, которые получаются путем обращения времени из черных дыр. Эти две картины должны быть одинаковы, если белые дыры — то же, что и черные. В этом случае нет никаких оснований привлекать нарушение СРТ-теоремы…» [14, с. 145]. Хокинг считает, что образование и испарение черных дыр является симметричным во времени процессом.