Физики из Лейпцига вывели знаменитые уравнения Эйнштейна из квантовой информации. Возможно, гравитация и само пространство не фундаментальны, а это лишь то, как информация квантового поля выглядит «снаружи»
Яблоко падает на землю, Луна кружится вокруг Земли, свет изгибается возле звёзд. Больше века назад Альберт Эйнштейн объяснил, почему так происходит: масса и энергия искривляют пространство-время, а всё остальное просто движется по этим изгибам. Его уравнения работают безупречно - от орбит планет до чёрных дыр. Но они не отвечают на более глубокий вопрос: почему пространство вообще способно искривляться? Что оно такое на самом деле? Новая работа физиков-теоретиков Филиппа Дорау и Альберта Муха из Института теоретической физики Лейпцигского университета, опубликованная в Physical Review Letters - одном из самых авторитетных физических журналов мира, предлагает поразительный ответ. Уравнения Эйнштейна можно вывести из квантовой информации - той, что записана в квантовом поле, невидимой основе, пронизывающей всю Вселенную.
У этой идеи есть знаменитая предыстория. В 1995 году американский физик Тед Якобсон показал, что уравнения Эйнштейна можно получить из законов термодинамики - науки о тепле и энтропии. Гравитация в его подходе похожа на давление газа: давление не существует как отдельная сила, оно возникает из движения бесчисленных молекул. Так же и гравитация может быть не фундаментальной силой, а коллективным эффектом чего-то более глубокого - процессов, происходящих в квантовом поле. Но у подхода Якобсона была слабость: обычная энтропия в квантовой теории поля оказывается бесконечной, и довести его рассуждение до строгой квантовой формы долго не удавалось.
Дорау и Мух нашли обходной путь. Вместо обычной энтропии они использовали так называемую квантовую относительную энтропию - меру того, насколько одно состояние квантового поля отличимо от другого, то есть сколько квантовой информации их разделяет. Эта величина в квантовой теории поля всегда конечна. Физики сравнили два состояния квантового поля. Первое - вакуум, его основное состояние. В физике это вовсе не пустота: частиц в нём нет, но квантовое поле непрерывно дрожит флуктуациями, а все его области связаны между собой невидимой сетью квантовой запутанности. Второе - то же поле, в котором появилась материя или энергия. Оказалось, что «отличимость» этих двух состояний в точности равна потоку энергии квантового поля через горизонт, воображаемую границу в пространстве-времени. А по знаменитому закону Бекенштейна–Хокинга энтропия горизонта - то есть количество информации, которое он может в себе хранить, пропорциональна его площади. Связав одно с другим, авторы получили уравнения Эйнштейна, описывающие, как квантовая материя искривляет пространство-время.
Главный вывод работы звучит почти философски: искривление пространства-времени буквально вытекает из того, как квантовая информация хранится в квантовом поле. Когда в нём появляется материя, рисунок запутанности меняется, и в поле остаётся своего рода информационный след. Именно этот след мы и ощущаем как гравитацию. Значит, гравитация может оказаться не фундаментальной силой природы, а вторичным явлением. И вместе с ней и само пространство. То, что мы воспринимаем как геометрию, изгибы и притяжение, это то, как квантовая информация выглядит «снаружи». Подобно тому как картинка на экране лишь внешний вид программного кода, который её рисует, пространство может быть внешним видом информации, записанной в квантовом поле. Оно искривляется не потому, что масса продавливает его, как шар натянутую ткань, а потому, что изменилась сама квантовая информация. В предыдущих материалах нашей серии «Код реальности» мы рассказывали, как квантовая информация может строить геометрию пространства и рождать материю. Работа из Лейпцига делает следующий шаг: из квантовой информации, похоже, рождается и сама гравитация.
Важно понимать границы этого результата. Это не окончательная квантовая теория гравитации, главная нерешённая задача физики пока остаётся нерешённой. Авторы работают в так называемом полуклассическом приближении: квантовые поля рассматриваются на фоне обычного, неквантового пространства-времени. Расчёт выполнен для определённого класса состояний поля и опирается на закон Бекенштейна–Хокинга как на исходное допущение. Сами физики говорят о своей работе как о строгом аргументе, а не о завершённой теории, и планируют расширить подход до полноценной квантовой гравитации. Но направление уже очевидно. Возможно, яблоко падает не потому, что Земля его притягивает. А потому, что так распределена информация в квантовом поле, из которого соткана Вселенная.
Источники:
Dorau, P. & Much, A. — From Quantum Relative Entropy to the Semiclassical Einstein Equations. Physical Review Letters, 2026. DOI: 10.1103/lmq8-nsty · arXiv:2510.24491 ·
Jacobson, T. — Thermodynamics of Spacetime: The Einstein Equation of State. Physical Review Letters 75, 1260 (1995)
