Giả thuyết này cho rằng lý thuyết trọng lực và lý thuyết hạt là tương đương toán học: Những gì xảy ra toán học trong lý thuyết trọng lực cũng xảy ra trong lý thuyết hạt, và ngược lại.

Cả hai lý thuyết đều mô tả các chiều không gian khác nhau, nhưng số chiều mà chúng mô tả khác nhau một đơn vị. Ví dụ, bên trong hình dạng của một lỗ đen, trọng lực tồn tại trong ba chiều trong khi một lý thuyết hạt tồn tại trong hai chiều, trên bề mặt của nó - một đĩa phẳng. Để hình dung điều này, hãy nghĩ về lỗ đen, nó bẻ cong không gian-thời gian do khối lượng khổng lồ của nó.

Trọng lực của lỗ đen, tồn tại trong ba chiều, kết nối toán học với các hạt nhảy múa phía trên nó, trong hai chiều. Do đó, một lỗ đen tồn tại trong không gian ba chiều, nhưng chúng ta nhìn thấy nó được chiếu qua các hạt. Một số nhà khoa học cho rằng toàn bộ vũ trụ của chúng ta là một chiếu ảnh hologram của các hạt, và điều này có thể dẫn đến một lý thuyết trọng lực lượng tử nhất quán.

"Trong lý thuyết Tổng quát của Einstein, không có hạt - chỉ có không gian-thời gian. Và trong Mô hình Chuẩn của vật lý hạt, không có trọng lực, chỉ có hạt", Enrico Rinaldi, một nhà khoa học nghiên cứu thuộc Khoa Vật Lý Đại Học Michigan, nói¹. "Kết nối hai lý thuyết khác nhau là một vấn đề kéo dài trong vật lý - điều mà con người đã cố gắng làm từ thế kỷ trước".

Trong hai nghiên cứu mới, nhóm tác giả đã trình bày cách các nhà thiên văn vật lí có thể tìm kiếm manh mối trong những năm tới. Sóng trọng lực là những gợn sóng trong chính cấu trúc của không gian-thời gian, được tạo ra bởi các sự kiện kinh hoàng như va chạm giữa các lỗ đen và/hoặc sao neutron, có thể được phát hiện bởi các thiết bị quan sát như LIGO. Nhóm đã chỉ ra rằng 'âm sắc' của những va chạm đó có thể gợi ý về các hiện tượng vật lí không hoàn toàn phù hợp với các mô hình hiện tại.

"Khi hai lỗ đen hợp nhất để tạo ra một lỗ đen lớn hơn, lỗ đen cuối cùng sẽ vang như một cái chuông", Yanbei Chen, đồng tác giả của cả hai nghiên cứu, nói. "Chất lượng của tiếng vang, hay âm sắc của nó, có thể khác với những dự đoán của lý thuyết Tổng quát nếu một số lý thuyết trọng lực lượng tử là đúng.

Phương pháp của chúng tôi được thiết kế để tìm kiếm sự khác biệt trong chất lượng của giai đoạn vang này, chẳng hạn như các âm cộng hưởng và âm phụ, ví dụ". Nghiên cứu đầu tiên trình bày một phương trình mới mô tả cách các lỗ đen sẽ vang theo các lý thuyết trọng lực lượng tử khác nhau.

Nó dựa trên một phương trình được phát triển lần đầu tiên bởi nhà vật lí lý thuyết Saul Teukolsky vào những năm 1970. Trong nghiên cứu thứ hai, nhóm mô tả cách áp dụng phương trình mới vào dữ liệu thu được bởi LIGO, lọc ra tiếng ồn nền.

Với việc LIGO mới được khởi động lại sau ba năm nghỉ để nâng cấp, chúng ta sớm có thể kiểm tra ý tưởng về trọng lực lượng tử.

Nghiên cứu được công bố trong các tạp chí Physical Review X và Physical Review Letters.