Физики приблизились к разгадке «пятой силы»: как квантовая гравитация может изменить представление о тёмной Вселенной

Современная физика уже несколько десятилетий находится в странном положении: её фундаментальные уравнения исключительно точны в пределах наблюдаемого мира, но при этом описывают лишь около 5% Вселенной. Остальные 95% приходятся на тёмную материю и тёмную энергию — сущности, которые мы не можем наблюдать напрямую, но чьё влияние отчётливо проявляется в космических масштабах.

На этом фоне идея «пятой силы природы» остаётся одной из самых интригующих гипотез современной теоретической физики. И, судя по последнему исследованию, опубликованному группой учёных из Национального института астрофизики (INAF), эта идея может оказаться тесно связанной с попытками создать теорию квантовой гравитации.

Вселенная, которую мы не понимаем полностью

Классическая картина мира в физике строится на четырёх фундаментальных взаимодействиях:

• гравитационном
• электромагнитном
• сильном ядерном
• слабом ядерном

Эти силы успешно описывают всё — от падения яблок до реакций в недрах звёзд. Однако наблюдения за вращением галактик, ускоренным расширением Вселенной и поведением крупномасштабных структур указывают: чего-то явно не хватает.

Именно здесь появляются два главных «космических призрака» современной науки — тёмная материя и тёмная энергия. Первая удерживает галактики от распада, вторая заставляет Вселенную расширяться с ускорением.

Пятая сила: гипотеза, которая не уходит десятилетиями

Попытки объяснить эти аномалии приводят к гипотезе о существовании пятого фундаментального взаимодействия. Оно могло бы проявляться как слабое отклонение от закона всемирного тяготения Ньютона или от общей теории относительности Эйнштейна на определённых масштабах.

Идея не нова: её обсуждают десятилетиями, периодически предлагая всё новые сценарии — от «тёмных фотонов» до экзотических полей, связанных с тёмной материей.

Однако до сих пор ни одно экспериментальное наблюдение не дало убедительного подтверждения существования новой силы.

Где пересекаются квантовая гравитация и тёмная материя

Новизна работы исследователей INAF заключается в том, что они впервые связали поиск пятой силы с одной из наиболее перспективных теорий квантовой гравитации — концепцией асимптотической безопасности.

В рамках этой модели гравитационное взаимодействие остаётся корректно определённым на всех энергетических масштабах, включая экстремально малые расстояния, где классическая физика перестаёт работать.

Учёные рассмотрели сценарий, при котором пятая сила проявлялась бы как небольшое отклонение от ньютоновского закона тяготения на очень малых дистанциях. Результаты оказались неожиданными: значительная часть параметров такой силы оказывается несовместимой с требованиями модели квантовой гравитации.

Иными словами, не вся «пятая сила», какой её обычно представляют, может существовать в рамках этой теоретической конструкции.

Что именно исключает теория

Важно, что речь не идёт о полном отрицании пятой силы. Напротив, исследование показывает более тонкий результат: целый класс возможных характеристик новой силы оказывается теоретически запрещённым.

Это сужает область поиска и делает гипотезу более проверяемой. Там, где раньше существовал широкий спектр моделей, теперь появляется более узкий диапазон параметров, который можно проверить экспериментально.

Эксперименты будущего: от атомов до Луны

Авторы работы подчёркивают: ключевой момент заключается в том, что значительная часть допустимых сценариев ещё не проверялась наблюдениями.

Для этого предлагается использовать целый набор современных и перспективных методов:

• атомную интерферометрию
• квантовые сенсоры сверхвысокой точности
• лазерную локацию Луны
• высокоточные наблюдения за движением планет

Особый интерес представляет атомная интерферометрия — технология, позволяющая фиксировать чрезвычайно малые изменения гравитационного потенциала. Такие измерения способны выявить отклонения от классической гравитации на масштабах, ранее недоступных для эксперимента.

Почему это важно

Если хотя бы одна из версий пятой силы будет обнаружена, это станет революцией в физике, сопоставимой с появлением квантовой механики или общей теории относительности.

Но не менее важен и другой сценарий: если эксперименты окончательно исключат оставшиеся варианты, это может означать, что сама идея пятой силы ошибочна, а тёмная материя и тёмная энергия требуют принципиально иного объяснения.

Новый мост между теориями

Главный результат работы INAF заключается не в окончательном ответе, а в создании связки между двумя направлениями, которые раньше развивались почти независимо:

• поиском квантовой гравитации
• экспериментами по обнаружению пятой силы

Теперь эти области начинают взаимодействовать напрямую. И это может ускорить процесс — либо к обнаружению новой физики, либо к более строгому пониманию её пределов.

Физика XXI века всё чаще сталкивается с ситуацией, когда отсутствие ответа становится не менее важным результатом, чем его получение. Новое исследование показывает: даже если пятая сила природы и существует, она должна прятаться гораздо изощрённее, чем предполагалось ранее.

А значит, следующая революция в понимании Вселенной может оказаться ближе — но и сложнее, чем когда-либо прежде.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что физики приблизились к пониманию рождения микроскопических чёрных дыр