Всички небесни тела се движат вследствие на гравитацията – едно от основните взаимодействия в природата. Наблюденията на астрономите през изминалите десетилетия обаче показват, че във Вселената има много повече вещество от видимата материя. Сякаш целият Космос е потопен в нещо невидимо и никой не знае какво точно е то, освен че влияе гравитационно върху галактиките и куповете от галактики. Това е т.нар. тъмна материя – една от най-големите загадки в съвременната астрофизика.
Един физик теоретик обаче смята, че не сме успели да обясним тъмната материя поради много проста причина: тя може би не съществува. Идеите на проф. Ерик Верлинде от Амстердамския университет в Холандия определено разбунват духовете в научната общност. Верлинде смята, че всичко се дължи на погрешното ни разбиране за гравитационното взаимодействие, и така се изправя срещу идеите на някои от най-великите умове в историята, включително и Общата теория на относителността (ОТО) на Алберт Айнщайн, която продължава да бъде най-точното описание за гравитацията вече повече от век.
В продължение на десетилетия учените знаят, че ОТО не може да е финалната теория за гравитацията. Причината е, че тя пропуска втория колос на модерната наука – квантовата теория, която успява да обясни както случващото се в субатомния свят, така и останалите три фундаментални взаимодействия в природата – електромагнетизма, силното и слабото ядрено взаимодействие. Единствено гравитацията ѝ се изплъзва.
Според Верлинде трудността в обединението на ОТО и квантовата механика е, че те използват коренно различни гледни точки за реалността. Общата теория на относителността например допуска, че е възможно да посочите точно къде се намират частиците и как се движат. Квантовата механика показва, че това просто е невъзможно. В продължение на десетилетия стотици учени опитват да се справят със задачата и не успяват. Тогава Верлинде решава да поеме по съвсем нов път, като открива изненадваща връзка между гравитацията и привидно несвързан дял от физиката – термодинамиката. Науката за топлинните процеси.
В началото на 70-те години на миналия век теоретичната астрофизика активно изследва черните дупки – един от крайните етапи в еволюцията на масивните звезди. Оказва се, че основно свойство на черните дупки е тяхната т.нар. ентропия. Терминът се използва широко в термодинамиката при описанието на горещи обекти. Ентропията е мярка за множеството различни начини, по които можете да пренаредите съставните частици на обектите, без да нарушите външния им вид. Изчисленията показват, че черните дупки съдържат максималната възможна ентропия за съответния обем пространство. И още нещо – ентропията зависи не от обема на дадена черна дупка, както би могло да се очаква, а от площта ѝ. Още по-странно е, че тази площ сякаш е изградена от малки кръпки, т.нар. области на Планк (кръстени на немския физик Макс Планк, един от основателите на квантовата механика, те са многократно по-малки от размерите на атомното ядро и според теорията представляват градивните тухлички на самото пространство-време).
Верлинде размишлява върху впечатляващата връзка между физиката на топлинните процеси и описанието на пространство-времето. Започва да се чуди дали тук не се крие ключът към ново описание на гравитацията. В миналото учените смятали, че температурата е фундаментално свойство на веществото, като електричния заряд например. По-късно обаче е показано, че топлината се дължи на сблъсъците между милионите частици, които изграждат съответното вещество. Колкото по-бързо се движат атомите и молекулите, толкова по-голяма е тяхната енергия и толкова по-горещ изглежда съответният обект. Ето защо можем да наречем температурата характеристика, която възниква в резултат от други свойства. Възможно ли е това да е случаят и с гравитацията? Възможно ли е една от основните сили в природата да не съществува, а да възниква като следствие от ентропията на безкрайните малки пространствено-времеви области на Планк?
Робърт Матюз, гост-професор в университета Астън, Бирмингам.