Примкова гравитация. Примкова квантова гравитация

Позовава се на "Теорията на Вселената"

Примкова квантова теория на гравитацията

Какво се случи преди Големия взрив и откъде дойде времето?

В теорията на квантовата гравитация обичайното гладко и непрекъснато пространство на свръхмалки мащаби се оказва структура с много сложна геометрия

(изображение от www.aei.mpg.de)

Въпросите в заглавието обикновено не се обсъждат от физици, тъй като няма общоприета теория, която да може да им отговори. Въпреки това, наскоро, в рамките на кръговата квантова гравитация, все още беше възможно да се проследи еволюцията на опростен модел на Вселената назад във времето, до момента Голям взрив, и дори погледнете зад него. По пътя стана ясно как се появява времето в този модел.

Наблюденията на Вселената показват, че в най-големите мащаби тя изобщо не е стационарна, а се развива с течение на времето. Ако въз основа на съвременните теории тази еволюция се проследи назад във времето, се оказва, че наблюдаваната днес част от Вселената е била по-гореща и по-компактна от сега и е инициирана от Големия взрив - процес за възникването на Вселената от сингулярност: специална ситуация, за която съвременните закони на физиката не важат.

Физиците не са доволни от това състояние на нещата: те искат да разберат и самия процесГолям взрив. Ето защо сега се правят множество опити за изграждане на теория, която да е приложима и в тази ситуация. Тъй като гравитацията беше най-важната сила в първите моменти след Големия взрив, се смята, че тази цел може да бъде постигната само в рамките на непостроен досега квантовата теория на гравитацията.

Едно време физиците се надяваха, че квантовата гравитация ще бъде описана с помощта на теорията на суперструните, но скорошната криза на теориите за суперструни разклати тази увереност. В такава ситуация, повече внимание започнаха да привличат други подходи към описанието на квантово-гравитационните явления, и по-специално, циклична квантова гравитация.

В рамките на квантовата гравитация на контура наскоро беше получен много впечатляващ резултат. Оказва се, че поради квантовите ефекти първоначалната сингулярност изчезва... Големият взрив престава да бъде специална точка и е възможно не само да се проследи неговият ход, но и да се разгледа какво е било преди Големия взрив. Кратко описание на тези резултати беше публикувано наскоро в статията A. Ashtekar, T. Pawlowski, P. Singh, Physical Review Letters, 96, 141301 (12 април 2006 г.), също достъпна като gr-qc / 0602086, и тяхното подробно заключение е представен в публикувания онзи ден препринт на същите автори gr-qc / 0604013.

Квантовата гравитация на контура е коренно различна от конвенционалните физически теории и дори от теорията на суперструните. Обектите на теорията на суперструните, например, са различни струни и многоизмерни мембрани, които обаче летят в подготвени предварителноза тях пространство и време. Въпросът как точно е възникнало това многоизмерно пространство-време не може да бъде решен в подобна теория.

В контурната теория на гравитацията основните обекти са малки квантови клетки на пространството, свързани помежду си по определен начин. Законът за тяхната връзка и тяхното състояние се управляват от някакво поле, което съществува в тях. Стойността на това поле е за тези клетки определен " вътрешно време»: Преходът от слабо поле към по-силно изглежда точно така, сякаш има определено „минало“, което ще повлияе на определено „бъдеще“. Този закон е подреден по такъв начин, че за достатъчно голяма вселена с ниска концентрация на енергия и (тоест далеч от сингулярността) клетките сякаш се „сливат“ една с друга, образувайки „непрекъснатото“ пространство-време познато ни.

Авторите на статията твърдят, че всичко това вече е достатъчно, за да се реши проблемът с това, което се случва с Вселената, когато се доближава до сингулярността. Решенията на получените от тях уравнения показаха, че при екстремното "компресиране" на Вселената, пространството "се разпада", квантовата геометрия не позволява намаляване на обема му до нула, неизбежно настъпва спиране и разширяването започва отново. Тази последователност от състояния може да бъде проследена както напред, така и назад във „времето”, което означава, че в тази теория, преди Големия взрив, неизбежно има „Голям взрив” – срив на „предишната” вселена. Освен това свойствата на тази предишна вселена не се губят в процеса на колапс, а недвусмислено се пренасят в нашата вселена.

Описаните изчисления обаче се основават на някои опростяващи предположения за свойствата на универсалното поле. Очевидно общите изводи ще се запазят и без такива предположения, но това все още трябва да бъде проверено. Ще бъде изключително интересно да се проследи по -нататъшното развитие на тези идеи.

Атоми на пространството и времето

Лий Смолин

Ако невероятната теория за кръговата квантова гравитация е вярна, тогава пространството и времето, които възприемаме като непрекъснати, всъщност са направени от дискретни частици.

От древни времена някои философи и учени са допускали, че материята може да бъде направена от малки атоми, но до преди 200 години малцина са вярвали, че съществуването им може да бъде доказано. Днес наблюдаваме отделни атоми и изучаваме частиците, които ги изграждат. Зърнестата структура на материята вече не е нова за нас.
През последните десетилетия физици и математици си задават въпроса: Не е ли пространството съставено от дискретни части? Наистина ли е непрекъснато, или е по-скоро като парче плат, изтъкан от отделни влакна? Ако можехме да наблюдаваме изключително малки обекти, щяхме ли да видим атомите на пространството, неделими малки частици от обем? Но какво да кажем за времето: плавно ли се случват промените в природата или светът се развива с малки скокове, действайки като компютър?
През последните 16 години учените се приближиха значително по-близо до отговорите на тези въпроси. Според теория със странното име "квантова гравитация на контура", пространството и времето наистина са направени от дискретни части. Изчисленията, извършени в рамките на тази концепция, описват проста и красива картина, която ни помага да обясним мистериозните явления, свързани с черните дупки и Големия взрив. Но основното предимство на гореспоменатата теория е, че вече в близко бъдеще нейните прогнози могат да бъдат проверени експериментално: ще открием атомите на космоса, ако те наистина съществуват.

Quanta

Заедно с моите колеги разработихме теорията на кръговата квантова гравитация (LQG) в опит да развием дългоочакваната квантова теория на гравитацията. За да обясня изключителното значение на последното и връзката му с дискретността на пространството и времето, трябва да разкажа малко за квантовата теория и теорията на гравитацията.
Появата на квантовата механика през първата четвърт на XX век. беше свързано с доказателството, че материята е съставена от атоми. Квантовите уравнения изискват определени количества, като енергията на атома, да приемат само определени дискретни стойности. Квантовата механика описва точно свойствата и поведението на атомите, елементарни частиции силите, които ги свързват. Най-успешната квантова теория в историята на науката е в основата на нашето разбиране за химия, атомна и субатомна физика, електроника и дори биология.
През същите десетилетия, когато се ражда квантовата механика, Алберт Айнщайн разработва общата теория на относителността, която е теорията на гравитацията. Според нея силата на гравитацията възниква в резултат на огъването на пространството и времето (които заедно образуват пространство-време) под въздействието на материята.
Представете си тежка топка, поставена върху гумен лист и малка топка, която се търкаля близо до голяма. Топките могат да се видят като Слънцето и Земята, а листата като пространство. Тежка топка създава вдлъбнатина в гумената ламарина, по чийто наклон по-малката топка се търкаля към по-голямата, сякаш някаква сила - гравитацията - я дърпа в тази посока. По същия начин всяка материя или куп енергия изкривява геометрията на пространството-време, привличайки частици и светлинни лъчи; наричаме това явление гравитация.
Отделно, квантовата механика и общата теория на относителността на Айнщайн са експериментално потвърдени. Случаят обаче никога не е бил разследван, когато и двете теории могат да бъдат проверени едновременно. Въпросът е, че квантовите ефекти са забележими само в малки мащаби и са необходими големи маси, за да станат забележими ефектите на общата теория на относителността. Комбинирането на двете условия е възможно само при някои извънредни обстоятелства.
В допълнение към липсата на експериментални данни има огромен концептуален проблем: общата теория на относителността на Айнщайн е напълно класическа, т.е. неквантов. За да се осигури логическата цялост на физиката, е необходима квантова теория на гравитацията, комбинираща квантовата механика с общата теория на относителността в квантова теория на пространство-времето.
Физиците са разработили много математически процедури за трансформиране на класическата теория в квантова. Много учени напразно се опитват да ги приложат към общата теория на относителността.
Изчисленията, извършени през 60-те и 70-те години на миналия век, показват, че квантовата механика и общата теория на относителността не могат да бъдат комбинирани. Изглеждаше, че ситуацията може да бъде спасена само чрез въвеждането на напълно нови постулати, допълнителни частици, полета или други обекти. Екзотиката на единната теория трябва да се прояви само в онези изключителни случаи, когато и квантово-механичните, и гравитационните ефекти стават значими. В опитите за постигане на компромис се раждат такива направления като теория на туисторите, некомутативна геометрия и супергравитация.
Теорията на струните е много популярна сред физиците, според която освен три добре известни пространствени измерения има още шест или седем, които никой не е успял да забележи досега. Теорията на струните също така предсказва съществуването на много нови елементарни частици и сили, чието присъствие никога не е било потвърдено от наблюдение. Някои учени смятат, че това е част от така наречената М-теория, но, за съжаление, все още не е предложено точно определение. Ето защо много експерти са убедени, че наличните алтернативи трябва да бъдат проучени. Нашата кръгова квантова теория на гравитацията е най-напредналата от тях.

Голяма вратичка

В средата на 1980 г. Заедно с Abhay Ashtekar, Ted Jacobson и Carlo Rovelli решихме отново да се опитаме да комбинираме квантовата механика и общата теория на относителността, използвайки стандартни методи. Факт е, че в отрицателните резултати, получени през 70-те години на миналия век, остана важна вратичка: изчисленията предполагаха, че геометрията на пространството е непрекъсната и гладка, колкото и подробно да я изследваме. По същия начин хората са разглеждали материята преди откриването на атомите.
И така, решихме да изоставим концепцията за гладко непрекъснато пространство и да не въвеждаме никакви хипотези, освен добре проверените експериментално твърдения на общата теория на относителността и квантовата механика. По -конкретно, нашите изчисления се основават на два ключови принципа на теорията на Айнщайн.
Първият от тях - независимост от околната среда - провъзгласява, че геометрията на пространство-времето не е фиксирана, а е променяща се, динамична величина. За да се определи геометрията, е необходимо да се решат редица уравнения, които отчитат ефекта на материята и енергията и. Между другото, съвременната теория на струните не е независима от околната среда: уравненията, описващи струните, са формулирани в определено класическо (т.е. неквантово) пространство-време.
Вторият принцип, наречен "диффеоморфна инвариантност", казва, че ние сме свободни да избираме всяка координатна система, за да картографираме пространството-време и да изграждаме уравнения. Една точка в пространство-времето се определя само от събитията, които се случват физически в нея, а не от нейното положение в някаква специална координатна система (няма специални координати). Дифеоморфната инвариантност е изключително важна фундаментална позиция на общата теория на относителността.
Чрез внимателно комбиниране на двата принципа със стандартните методи на квантовата механика, ние разработихме математически език, което направи възможно извършването на необходимите изчисления и установяване дали пространството е дискретно или непрекъснато. За наша радост от изчисленията следваше, че пространството е квантовано! Ето как положихме основата на теорията на кръговата квантова гравитация. Между другото, терминът "loopback" е въведен поради факта, че някои изчисления използват малки цикли, разпределени в пространство-време.
Много физици и математици са проверили нашите изчисления, използвайки различни методи. С течение на годините теорията за кръговата квантова гравитация стана по-силна благодарение на усилията на учените различни страниСветът. Извършената работа ни позволява да се доверим на картината на пространство-времето, която ще опиша по-долу.
В нашата квантова теория ai идваза структурата на пространство-времето в най-малки мащаби и за да се разбере, е необходимо да се разгледат неговите прогнози за малка площ или обем. Когато се занимавате с квантова физика, е важно да се определи коя физически величинитрябва да се измерва. Представете си определена област, обозначена с границата B (виж фигурата по-долу), която може да бъде определена от материален обект (например желязна черупка) или директно от геометрията на пространство-времето (например хоризонт на събития в случай на черна дупка). Какво се случва, когато измерваме обема на описаната площ? Какви са възможните резултати, допускани както от квантовата теория, така и от дифеоморфната инвариантност? Ако геометрията на пространството е непрекъсната, тогава разглежданият регион може да има всякакъв размер и неговият обем може да бъде изразен с всяко реално положително число, по-специално произволно близко до нула. Но ако геометрията е гранулирана, тогава резултатът от измерването може да принадлежи само към дискретен набор от числа и не може да бъде по -малък от определен минимален възможен обем. Нека си спомним каква енергия може да има за електрон, въртящ се около атомно ядро? В рамките на класическата физика - всякаква, но квантовата механика допуска само определени, строго фиксирани дискретни стойности на енергия и. Разликата е същата като между измерването на обема на течност, която образува непрекъснат поток (от гледна точка на учените от 18-ти век), и определянето на количеството вода, чиито атоми могат да бъдат преброени.
Според теорията на кръговата квантова гравитация пространството е като атомите: числата, получени чрез измерване на обема, образуват дискретно множество, т.е. обемът се променя на отделни порции. Друга величина, която може да бъде измерена, е площта на границата B, която също се оказва дискретна. С други думи, пространството не е непрекъснато и се състои от определени квантови единици за площ и обем.
Възможните стойности на обема и площта се измерват в единици, получени от дължината на Планк, която е свързана със силата на гравитацията, големината на квантите и скоростта на светлината. Дължината на Планка е много малка: 10 -33 см; той определя мащаба, в който геометрията на пространството вече не може да се счита за непрекъсната. Най -малката възможна ненулева площ е приблизително равна на квадрата на дължината на Планк или 10 -66 cm 2. Най-малкият възможен ненулев обем е кубът с дължина на Планк или 10 -99 cm 3. Така, според теорията, всеки кубичен сантиметър пространство съдържа приблизително 1099 атома обем. Квантът на обема е толкова малък, че има повече такива кванти в един кубичен сантиметър, отколкото има кубични сантиметри във видимата Вселена (10 85).

Спин мрежи

Стъпки и пяна

Частиците и полетата не са единствените движещи се обекти. Според общата теория на относителността, когато материята се движи, енергията и пространството се променят, вълните могат дори да преминават през нея, като вълни в езеро. В теорията на кръговата квантова гравитация такива процеси се изобразяват чрез дискретни трансформации на спиновата мрежа, при които свързаността на графиката се променя стъпка по стъпка (вижте фигурата по-долу).
Когато описват квантовомеханични явления, физиците изчисляват вероятността от различни процеси. Правим същото, когато прилагаме кръгова квантова теория на гравитацията, за да опишем промените в геометрията на пространството или движението на частици и полета в спинова мрежа. Томас Тиман от Института по теоретична физика Ватерло е извел точни изрази за изчисляване на квантовата вероятност за стъпки в спинова мрежа. В резултат на това се появи ясна процедура за изчисляване на вероятността за всеки процес, който може да се случи в свят, който се подчинява на правилата на нашата вече окончателно формирана теория. Остава само да се изчисли и да се направи прогноза за това, което може да се наблюдава при определени експерименти.
В теорията на относителността пространството и времето са неразделни и представляват едно пространство-време. С въвеждането на концепцията за пространство-време в теорията на кръговата квантова гравитация, спиновите мрежи, представляващи пространството, се превръщат в така наречената спинова пяна. С добавянето на друго измерение - време - линиите на спиновата мрежа се разширяват и се превръщат в двуизмерни повърхности, а възлите се разтягат в линии. Преходите, при които се променя спиновата мрежа (стъпките, описани по-горе) сега са представени от възлите, в които линиите на пяната се събират. Изгледът на въртящата се пяна на пространство-времето е предложен от няколко изследователи, включително Карло Ровели, Майк Райзенбергер, Джон Барет, Луис Крейн, Джон Баез) и Фотини Маркопулу.
Моментна снимка на случващото се е като напречно сечение на пространство-време. Подобно рязане на пяна е центрофугирана мрежа. Въпреки това, не се заблуждавайте, че равнината на среза се движи непрекъснато като плавен поток от време. Точно както пространството се определя от дискретната геометрия на въртящата се мрежа, времето се определя от последователност от отделни стъпки, които възстановяват мрежата (вижте фигурата на страница 55). По този начин времето също е дискретно. Времето не тече като река, а тиктака като часовник. Интервалът между "кърлежите" е приблизително равен на времето на Планк, или 10 -43 s. По-точно, времето в нашата Вселена се измерва с безброй часовници: когато в въртящата се пяна настъпва квантова стъпка, часовникът прави едно „тиктакане“.

Прогнози и проверки

Теорията на квантовата гравитация на цикъла описва пространството и времето по скалата на Планк, която е твърде малка за нас. И така, как да го тестваме? Първо, много е важно да се установи дали класическата обща теория на относителността може да бъде извлечена като приближение към кръговата квантова гравитация. С други думи, ако спиновите мрежи са като нишките, от които е изтъкана тъканта, тогава въпросът е: дали ще бъде възможно правилно да се изчислят еластичните свойства на парче материал чрез осредняване за хиляди нишки. Можем ли да получим описание на „гладката мрежа“ на класическото пространство на Айнщайн, ако осредним спиновата мрежа за много дължини на Планк? Учените наскоро успешно разрешиха този най -труден проблем за няколко специални случая, така да се каже, за някои материални конфигурации. Например, нискочестотните гравитационни вълни, разпространяващи се в плоско (неизвито) пространство, могат да се разглеждат като възбуждане на определени квантови състояния, описани в съответствие с теорията на кръговата квантова гравитация.
Една от дългогодишните мистерии за термодинамиката на черните дупки и особено за тяхната ентропия се оказа добър тест за кръгова квантова гравитация. Физиците са разработили термодинамичен модел на черна дупка, базиран на хибридната теория, в която материята се счита за квантово-механична, но пространство-времето не. По -специално, през 70 -те години на миналия век. Джейкъб Д. Бекенщайн извежда, че ентропията на черна дупка е пропорционална на нейната повърхност (виж статията „Информация в холографската вселена“, „В света на науката“, № 11, 2003). Скоро Стивън Хокинг стигна до заключението, че черните дупки, особено малките, трябва да излъчват.
За да извършим подобни изчисления в рамките на теорията на кръговата квантова гравитация, ние приемаме границата на регион B като хоризонт на събитията на черната дупка. Анализирайки ентропията на съответните квантови състояния, получаваме точно предсказанието на Бекенщайн. Със същия успех нашата теория не само възпроизвежда прогнозата на Хокинг за излъчването на черна дупка, но и ни позволява да я опишем фина структура... Ако някога е възможно да се наблюдава микроскопична черна дупка, теоретичните прогнози могат да бъдат проверени чрез изследване на спектъра на нейното излъчване.
Най-общо казано, всяка експериментална проверка на теорията на кръговата квантова гравитация е изпълнена с огромни технически трудности. Характерните ефекти, описани от теорията, стават значителни само в скалата на дължината на Планк, която е с 16 порядъка по -малка, отколкото ще бъде възможно да се изследва в близко бъдеще при най -мощните ускорители (за изследване на по -малки мащаби са необходими по -високи енергии ).
Въпреки това, наскоро учените предложиха няколко достъпни начина за тестване на кръговата квантова гравитация. Дължината на вълната на светлината, разпространяваща се в средата, претърпява изкривяване, което води до пречупване и разсейване на лъчите. Подобни метаморфози се случват със светлина и частици, движещи се през дискретно пространство, описано от спинова мрежа.
За съжаление, големината на тези ефекти е пропорционална на съотношението на дължината на Планк към дължината на вълната. За видимата светлина тя не надвишава 10 -28, а за космическите лъчи с най-висока енергия е около една милиардна. С други думи, зърнестостта на структурата на пространството има изключително слаб ефект върху практически всяка наблюдавана радиация. Но колкото по-дълго е изминато разстоянието от светлината, толкова по-забележими са последствията от дискретността на спиновата мрежа. Съвременното оборудване ни позволява да регистрираме излъчването на гама-изблици, разположени в милиарди светлинни години (вижте статията „Най-ярките експлозии във Вселената“, „В света на науката“, № 4.2003).
Въз основа на кръговата квантова гравитационна теория, Родолфо Гамбини и Хорхе Пулин установиха, че фотоните с различни енергии трябва да пътуват с малко различни скорости и да достигнат до наблюдателя в различно време (вижте фигурата по-долу). Сателитните наблюдения на изблици на гама лъчи ще ни помогнат да проверим това. Точността на съвременните инструменти е 1000 пъти по-ниска от необходимата, но през 2006 г. ще бъде пусната сателитната обсерватория GLAST, чието прецизно оборудване ще даде възможност за провеждането на дългоочаквания експеримент.
Няма ли тук противоречие с теорията на относителността, която постулира постоянството на скоростта на светлината? Заедно с Джовани Амелино-Камелия и Жоао Магейхо разработихме модифицирани версии на теорията на Айнщайн, които позволяват фотони с висока енергия, които се движат с различни скорости. От своя страна постоянството на скоростта се отнася до фотони с ниски енергии d, т.е. към светлина с дълга вълна.
Друга възможна проява на дискретността на пространство-времето е свързана с космически лъчи с много висока енергия и. Преди повече от 30 години учените установиха, че протоните на космическите лъчи с енергия над 3 * 10 19 eV трябва да бъдат разпръснати срещу космическия микровълнов фон, който запълва пространството, и следователно никога няма да достигнат до Земята. Въпреки това в японския експеримент AGASA са регистрирани повече от 10 събития с космически лъчи с още по-висока енергия. Оказа се, че дискретността на пространството увеличава енергията, необходима за реакцията на разсейване и позволява на високоенергийни протони да посетят нашата планета. Ако наблюденията на японски учени се потвърдят и не се намери друго обяснение, тогава ще бъде възможно да се предположи, че дискретността на пространството е доказана експериментално.

Космос

Теорията на квантовата гравитация на кръга ни принуждава да погледнем нов поглед върху произхода на Вселената и ни помага да си представим какво се е случило веднага след Големия взрив. В съответствие с общата теория на относителността в историята на Вселената е съществувал първият, нулев момент във времето, който не е в съгласие с квантовата физика. Изчисленията на Мартин Бойовалд, базирани на цикличната теория на квантовата гравитация, показват, че Големият взрив всъщност е голям отскок, тъй като Вселената бързо се свива преди него. Теоретиците вече работят върху нови модели на ранните етапи от развитието на Вселената, които скоро могат да бъдат тествани в космологични наблюдения. Възможно е вие и аз да имаме късмета да разберем какво се е случило преди Големия взрив.
Не по-малко сериозен е въпросът за космологичната константа: положителна или отрицателна е плътността на енергията и проникването в „празното“ пространство? Резултатите от наблюденията на CMB и далечни свръхнови показват, че съществува тъмна енергия. Нещо повече, той е положителен, защото Вселената се разширява с ускорение. От гледна точка на теорията на квантовата гравитация на контура няма противоречие: още през 1990 г. Хидео Кодама съставя уравнения, които точно описват квантовото състояние на Вселената с положителна космологична константа.
Редица въпроси, включително чисто технически, все още не са решени. Какви корекции трябва да бъдат направени в специалната теория на относителността при изключително високи енергии (ако изобщо)? Ще помогне ли теорията на квантовата гравитация на контура да докаже, че различните сили, включително гравитацията, са аспекти на едно фундаментално взаимодействие?
Може би кръговата квантова гравитация наистина е квантова обща теория на относителността, защото зад нея няма допълнителни предположения, освен основните принципи на квантовата механика и теорията на Айнщайн. Изводът за дискретността на пространство-времето, описано от въртящата се пяна, следва директно от самата теория и не се въвежда като постулат при.
Въпреки това, всичко, за което говорих тук, е теория. Може би пространството всъщност е гладко и непрекъснато в произволно малък мащаб. Тогава физиците ще трябва да въведат допълнителни радикални постулати, както в случая с теорията на струните. И тъй като експериментът в крайна сметка ще реши всичко, имам добри новини - ситуацията може да стане по-ясна в близко бъдеще.

Допълнителна литература:

Три пътя към квантовата гравитация. Лий Смолин. Основни книги, 2001.

Квантът на площта? Джон Баез. Nature, том 421, стр. 702-703; февруари 2003 г.

Колко далеч сме от квантовата теория на гравитацията? Лий Смолин. март 2003 г. Препечатка на http://arxiv.org/hep-th/0303185

Добре дошли в Quantum Gravity. Специален раздел, Physics World, Vol.16, No.11, pp. 27-50; ноември 2003 г.

Примкова квантова гравитация. Лий Смолин. Предлага се на http://www.edge.org/3rd_culture/smolin03/smolin03_index.html

ОСНОВНОТО ЗАКЛЮЧЕНИЕ от теорията на кръговата квантова гравитация се отнася до обемите и площите. Помислете за област от пространство, ограничена от сферична обвивка B (вижте по-горе). Според класическата (не-квантова) физика обемът му може да се изрази с всяко реално положително число. Въпреки това, според теорията на кръговата квантова гравитация, има ненулев абсолютен най-малък обем (приблизително равен на куба на дължината на Планк, т.е. 10 99 cm 3), а стойностите на големите обеми са дискретна серия от числа . По същия начин има ненулева минимална площ (приблизително квадратът на дължината на Планк или 10 66 cm 2) и дискретна серия от по-големи допустими площи. Дискретните спектри на допустимите квантови области (вляво) и квантовите обеми (в центъра) са до голяма степен подобни на дискретните нива на квантовата енергия и водорода (вдясно).

ДИАГРАМИ, НАРЕЧЕНИ СПИНОВИ МРЕЖИ, се използват за представяне на квантови състояния на пространството в скалата на минималната дължина. Например, куб (а) е обем, заобиколен от шест квадратни лица. Съответната спинова мрежа (b) съдържа точка (възел), представляваща обема и шест линии, представляващи лицата. Числото до възела показва размера на обема, а числото до реда показва площта на съответното лице. В този случай обемът е равен на осем кубични планкови единици и всяка от лицата има площ от четири квадратни планкови единици. (Правилата на кръговата квантова гравитация ограничават допустимите стойности на обеми и площи до определени количества: само определени комбинации от числа могат да бъдат разположени на линии и във възли.)
Ако пирамида (c) е поставена върху горната страна на куба, тогава линията, представляваща това лице в въртящата се мрежа, трябва да свърже кубичния възел с възела на пирамидата (d). Линиите, съответстващи на четирите свободни лица на пирамидата и петте свободни лица на куба, трябва да излизат от съответните възли. (За простота числата са пропуснати.)
По принцип в една спинова мрежа един квант от областта е изобразен с една линия (e), а областта, съставена от много кванти, се обозначава с много линии (f). По същия начин, един квант обем се изобразява от един възел (g), докато по-голям обем съдържа много възли (h).Така обемът вътре в сферичната обвивка се дава от сумата на всички възли, затворени в нея, и повърхностната площ е равно на сбора от всички линии, минаващи през границата на областта.
Спиновите мрежи са по-фундаментални от полиедричните конструкции: всяка комбинация от полиедри може да бъде представена с подходяща диаграма, но някои редовни спинови мрежи представляват комбинации от обеми и площи, които не могат да бъдат направени от полиедри. Такива спинови мрежи възникват, когато пространството е изкривено от силно гравитационно поле или квантови флуктуации на геометрията по скалата на Планк.

ПРОМЯНАТА НА ФОРМАТА на пространството по време на движението на материята и енергията в него и и при преминаването на гравитационните вълни през него се изобразява чрез дискретни пренареждания, стъпки на спиновата мрежа. На фиг. и свързана група от три обемни кванта се слива в един; възможен е и обратният процес. На фиг. b два обема разделят пространството и се свързват със съседни обеми по различен начин. Когато са изобразени под формата на многогранници, два многогранника се комбинират по общото им лице и след това се разделят, както при разделяне на кристали по друга равнина. Такива стъпки в спиновата мрежа възникват не само при големи промени в геометрията на пространството, но и при непрекъснати квантови флуктуации по скалата на Планк.
Друг начин за представяне на стъпки е да добавите друго измерение към диаграмата - време. Резултатът е въртяща се пяна (c). Линиите на спиновата мрежа стават равнини, а възлите стават линии. Изрязаната в определен момент от време пяна е въртяща се мрежа. След като направихме редица такива разфасовки, ще получим кадри от филм, който разказва за развитието на въртяща се мрежа във времето (d). Но имайте предвид, че еволюцията, която на пръв поглед изглежда плавна и непрекъсната, всъщност е в скокове и граници. Всички въртящи се мрежи, съдържащи оранжева линия (първите три кадъра) показват абсолютно същата геометрия на пространството.Дължината на линиите няма значение - за геометрията единственото важно нещо е как са свързани линиите и какъв номер е всяка от тях маркиран с. Това е, което определя относителното положение и размера на квантите на обема и площта. И така, на фиг. d по време на първите три кадъра геометрията остава постоянна - 3 кванта обем и 6 кванта площ. Тогава пространството се променя рязко: остава 1 квант обем и 3 кванта площ, както е показано в последния кадър. Така времето, определено от въртящата се пяна, не се променя непрекъснато, а като последователност от внезапни дискретни стъпки.
И въпреки че за по-голяма яснота такива поредици са показани като кадри от филм, по-правилно е да се разглежда еволюцията на геометрията като дискретно биене на часовник. С една "кърлежка" има оранжев квант на площта; следващия път, когато изчезна: всъщност изчезването му определя "кърлежите". Интервалът между последователните „кърлежи“ е приблизително равен на времето на Планк (10 -43 s), но между тях няма време; не може да има "между", както няма вода между две съседни молекули H2O.

КОГАТО се случи избухване на гама лъчи на МИЛИАРДИ светлинни години от нас, моментална експлозия генерира огромно количество гама лъчи. В съответствие с теорията на квантовата гравитация на цикъл, фотон, движещ се по спинова мрежа, заема няколко линии във всеки момент от времето, т.е. малко пространство (в действителност има много линии на квант светлина, а не пет, както е показано на фигурата). Дискретната природа на пространството кара гама лъчите да имат по-висока енергия и да пътуват малко по-бързо. Разликата е незначителна, но по време на пътуване в космоса ефектът се натрупва в продължение на милиарди години. Ако гама лъчи с различни енергии и произтичащи от изблик пристигат на Земята по различно време, това е доказателство в полза на теорията за кръговата квантова гравитация. гама лъчение.

Пространствата са свързани едно с друго по определен начин, така че в малки мащаби на време и дължина те създават пъстра, дискретна структура на пространството, а в големи мащаби плавно преминават в непрекъснато плавно пространство-време.

Примкова гравитация и физика на елементарните частици

Едно от предимствата на кръговата квантова теория на гравитацията е естествеността, с която тя обяснява Стандартния модел на физиката на елементарните частици.

По този начин Билсън-Томпсън и др. предположиха, че теорията на кръговата квантова гравитация може да възпроизведе Стандартния модел чрез автоматично комбиниране на четирите фундаментални взаимодействия. В същото време, с помощта на преони, представени под формата на бреди (преплитане на влакнесто пространство-време), беше възможно да се изгради успешен модел на първото поколение фундаментални фермиони (кварки и лептони) с повече или по-малко правилно възпроизвеждане на техните заряди и паритети.

В оригиналната статия на Билсън-Томпсън се предполагаше, че фундаменталните фермиони от второ и трето поколение могат да бъдат представени като по-сложни брадове, докато фермионите от първо поколение изглеждат най-простите възможни бреди, въпреки че не бяха дадени конкретни представяния на сложни брадове. Смята се, че електрическите и цветните заряди, както и паритетът на частиците, принадлежащи към по -високите поколения, трябва да бъдат получени по абсолютно същия начин, както за частиците от първо поколение. Използването на квантови изчислителни методи ни позволи да покажем, че частиците от този вид са стабилни и не се разпадат под влияние на квантовите флуктуации.

Лентовите структури в модела на Билсън-Томпсън са представени като образувания, състоящи се от същата материя като самото пространство-време. Въпреки че статиите на Билсън-Томпсън показват как фермиони и бозони могат да бъдат получени от тези структури, въпросът за това как брандирането би могло да произведе бозона на Хигс не се обсъжда в тях.

Л. Фрайдел ( Л. Фрайдел), J. Kowalski-Glikman ( Й. Ковалски-Гликман) и А.... Тази работа може да се разглежда като допълнителна теоретична подкрепа за преон модела на Bilson-Thompson.

Използване на моделния формализъм центрофугираща пяна, която е пряко свързана с теорията на кръговата квантова гравитация и се основава само на първоначалните принципи на последната, някои други частици от Стандартния модел, като фотони, глуони и гравитони, също могат да бъдат възпроизведени - независимо от Bilson -Томпсън Бред схема за фермиони. Въпреки това, от 2006 г. този формализъм все още не е успял да конструира гелон модели. В гелонния модел липсват бради, които биха могли да се използват за конструиране на бозона на Хигс, но по принцип този модел не отрича възможността този бозон да съществува под формата на някакъв вид съставна система. Билсън-Томпсън отбелязва, че тъй като частиците с по-големи маси обикновено имат по-сложна вътрешна структура (като се вземе предвид и усукването на острието), тази структура може да бъде свързана с механизма на образуване на маса. Например, в модела на Билсън-Томпсън, структурата на фотон с нулева маса съответства на не усукани пръчки. Вярно е, че все още не е ясно дали фотонният модел, получен в рамките на формализма на спин пяна, съответства на фотона на Билсън-Томпсън, който в неговия модел се състои от три неусукани ленти (възможно е няколко версии на фотонния модел да да бъдат конструирани в рамките на формализма на спин пяна).

Първоначално терминът "преон" се използва за обозначаване на точкови субчастици, включени в структурата на полуспиновите фермиони (лептони и кварки). Както вече споменахме, използването на точкови частици води до масовия парадокс. В модела на Билсън-Томпсън лентите не са „класически“ точкови структури. Билсън-Томпсън използва термина „преон“, за да запази приемствеността в терминологията, но използва този термин, за да обозначи по-широк клас обекти, които са компоненти на структурата на кварки, лептони и калибровъчни бозони.

Важно е да се разбере подходът на Билсън-Томпсън, че в неговия преон модел елементарните частици, като електрон, са описани от гледна точка на вълнови функции. Сумата от квантовите състояния на спиновата пяна с кохерентни фази също е описана от гледна точка на вълновата функция. Следователно е възможно, използвайки формализма на спиновата пяна, да се получат вълнови функции, съответстващи на елементарни частици (фотони и електрони). В момента унифицирането на теорията на елементарните частици с теорията на квантовата гравитация на контура е много активна област на изследване.

През октомври 2006 г. Билсън-Томпсън модифицира своята статия, отбелязвайки, че въпреки че неговият модел е вдъхновен от преон модели, той не е преоничен в строгия смисъл на думата, така че топологичните диаграми от неговия преон модел най-вероятно могат да бъдат използвани в други фундаментални теории като например М-теория. Теоретичните ограничения, наложени върху модела на преон, са неприложими към неговия модел, тъй като свойствата на елементарните частици в него произтичат не от свойствата на подчастиците, а от връзките на тези субчастици една с друга (brads). Една от възможностите е например "вграждане" на преони в М-теорията или в теорията на кръговата квантова гравитация.

Сабин Хосенфелдер предложи да разгледа двама алтернативни претенденти за „теория на всичко“ - теория на струните и циклична квантова гравитация като страни на една и съща монета. За да може кръговата квантова гравитация да не противоречи на специалната теория на относителността, е необходимо в нея да се въведат взаимодействия, подобни на разглежданите в теорията на струните. ...

Проблеми на теорията

В модифицирана версия на своята статия Билсън-Томпсън признава, че нерешените проблеми в неговия модел са масовият спектър от частици, завъртания, смесването на Кабибо и необходимостта да се свърже неговия модел с по-фундаментални теории.

По-късна версия на статията описва динамиката на бредовете, използващи преходи на Пахнер (англ. Пахнър се движи).

Вижте също

Източници на

, "Елементи на голямата наука"

Напишете отзив за Loop Quantum Gravity

Литература

Лий Смолин, Три пътя към квантовата гравитация, Основни книги, 2001.
Джон Баез, Квантът на площта?, Природа, том 421, стр. 702-703; февруари 2003 г.
Лий Смолин, arxiv.org/hep-th/0303185.
Добре дошли в квантовата гравитация. Специален раздел, Physics World, Vol.16, No.11, pp. 27-50; ноември 2003 г.
Олег Фейгин.... - М .: Ексмо, 2012 .-- 288 с. - (Тайните на Вселената). - 3000 екземпляра. - ISBN 9785699530168.

Бележки (редактиране)

Теории за гравитацията

Стандартни теории на гравитацията	Алтернативни теории на гравитацията	Квантови теории на гравитацията	Единни теории на полето
Класическа физика Обща теория на относителността - Математическа формулировка на общата теория на относителността - Хамилтонова формулировка на общата теория на относителността Принципи Геометродинамика ( Английски)	Класически Релативистки	Примкова квантова гравитация Полукласическа гравитация ( Английски) Причинна динамична триангулация ( Английски) уравнение на Уилър - ДеУит ( Английски) Индуцирана гравитация ( Английски) Некомутативна геометрия ( Английски)	Многоизмерен Обща теория на относителността в многомерно пространство Струни Теория на струните Друго

Откъс, характеризиращ кръгова квантова гравитация

В Лисих Гори, имението на княз Николай Андреевич Болконски, всеки ден очакваха пристигането на младия княз Андрей с принцесата; но очакването не наруши подредения ред, в който течеше животът в къщата на стария княз. Главен генерал, княз Николай Андреевич, прозвищ в обществото le roi de Prusse, [крал на Прус], от времето, когато е заточен в селото при Павел, той живее без почивка в своите Плешиви хълмове с дъщеря си, Принцеса Мария и с нея другар, m lle Bourienne. [Мадмоазел Буриен.] И при новото управление, въпреки че му беше позволено да влезе в столиците, той също продължи да живее без почивка в провинцията, като казваше, че ако някой има нужда от него, ще пътува от Москва сто и петдесет версти до Плешивите хълмове. никой и нищо не е нужно. Той каза, че има само два източника на човешки пороци: безделие и суеверие и че има само две добродетели: активност и интелигентност. Самият той участва във възпитанието на дъщеря си и, за да развие и двете основни добродетели в нея, до двадесетгодишна възраст й дава уроци по алгебра и геометрия и разпределя целия й живот в непрекъснато обучение. Самият той беше постоянно зает или да пише мемоарите си, след това да изчислява от висшата математика, след това да превръща табакери на машина, след това да работи в градината и да наблюдава сгради, които не спираха в имението му. Тъй като основното условие за дейност е редът, тогава редът в начина му на живот е доведен до последната степен на точност. Неговите изходи до масата бяха направени при същите непроменливи условия и не само в същия час, но и в минута. С хората около себе си, от дъщеря до слуги, принцът беше суров и неизменно взискателен и затова, без да е жесток, събуждаше страх и благоговение в себе си, което и най-жестокият човек не можеше лесно да постигне. Въпреки факта, че той беше пенсиониран и вече нямаше никакво значение в държавните дела, всеки началник на провинцията, където се намираше имението на княза, смяташе за свой дълг да дойде при него и също като архитект, градинар или принцеса Мария чакаше уречените часове на излизането на принца в стаята на високия сервитьор. И всички в тази сервитьорска стая изпитваха същото чувство на уважение и дори страх, докато огромната висока врата на кабинета беше отворена и се появи малка фигура на старец с пудра перука, с малки сухи ръце и сиви увиснали вежди, понякога , докато той се намръщи, засенчи блясъка на интелигентните и като светли млади очи.
В деня на пристигането на младите, сутринта, както обикновено, княгиня Мария в уречения час влезе в сервитьорната за сутрешния поздрав и се кръсти със страх и вътрешно прочете молитва. Всеки ден тя влизаше и всеки ден се молеше това ежедневно посещение да мине добре.
Напудреният стар слуга, който седеше в сервитьорната, се изправи с тихо движение и шепнешком съобщи: „Моля.
Иззад вратата се чуха постоянните звуци на машината. Принцесата плахо дръпна леко и плавно отварящата се врата и спря на входа. Принцът работеше на машината и, като се оглеждаше, продължи работата си.
Огромният офис беше пълен с неща, които очевидно бяха използвани непрекъснато. Голяма маса, върху която лежаха книги и планове, високи стъклени шкафове на библиотеката с ключове във вратите, висока писателска маса в изправено положение, върху която лежеше отворен бележник, струг, с разгънати инструменти и стружки, разпръснати наоколо - всичко показа постоянни, разнообразни и достойни дейности. От движенията на малък крак, обут в татарска ботуша, извезана със сребро, от твърдия надвес на жилава, суха ръка, князът все още виждаше упоритата и дълготрайна сила на свежата старост. След като направи няколко кръга, той свали крака си от педала на машината, избърса длетото, хвърли го в кожен джоб, прикрепен към машината, и, като се качи до масата, махна дъщеря си. Той никога не благославяше децата си и само, като обърна настръхната си буза, все още небръсната днес, към нея, каза строго и в същото време внимателно нежно я разгледа:
- Здрав ли си?... добре, седни!
Той взе тетрадка по геометрия, написана в ръката му, и премести стола си с крак.
- За утре! - каза той, като бързо намери страницата и от параграф до следваща маркировка с твърд нокът.
Принцесата се наведе към масата над бележника.
- Чакай, писмо до теб - внезапно каза старецът, извади плик, написан в женска ръка, от джоб, прикрепен над масата, и го хвърли на масата.
При вида на писмото лицето на принцесата се покри с червени петна. Тя бързо го взе и се наведе към него.
- От Елоиз? - попита принцът със студена усмивка, показваща все още здрави и жълтеникави зъби.
— Да, от Джули — каза принцесата, гледайки плахо и се усмихвайки се плахо.
— Ще пропусна още две писма, но ще прочета третото — каза строго принцът, — страхувам се, че пишете много глупости. Ще прочета третото.
- Прочети поне това, mon pere, [татко] - отговори принцесата, като се изчерви още повече и му подаде писмото.
– Трето, казах, трето – извика кратко принцът, отблъсквайки буквата и, подпрян с лакти на масата, бутна тетрадката с геометрични рисунки.
„Е, госпожо“, започна старецът, като се наведе близо до дъщеря си над тетрадката и сложи едната си ръка на облегалката на стола, на който седеше принцесата, така че принцесата се чувстваше заобиколена от всички страни от онази тютюнева и сенилна остра миризма на баща й, която тя познаваше толкова дълго... - Е, госпожо, тези триъгълници си приличат; ако видите, моля, ъгъл abc ...
Принцесата гледаше с ужас блестящите очи на баща си близо до нея; по лицето й блестяха червени петна и се виждаше, че тя не разбира нищо и се страхува толкова, че страхът ще й попречи да разбере всички по-нататъшни тълкувания на баща си, колкото и ясни да са те. Дали учителят беше виновен или ученикът, но всеки ден се повтаряше едно и също: очите на принцесата бяха замъглени, тя не видя нищо, не чу, тя само усети до себе си сухото лице на строгия си баща, усещаше дъха и миризмата му и мислеше само как може да напусне офиса възможно най-скоро и да разбере проблема в собственото си открито пространство.
Старецът изпусна нервите си: с трясък буташе и дърпаше стола, в който седеше, полагаше усилия да остане хладнокръвен и почти всеки път се вълнуваше, караше се, а понякога и хвърляше бележника.
Принцесата се обърка в отговора си.
- Е, как да не е глупак! - извика принцът, като отблъсна тетрадката и бързо се извърна, но веднага стана, тръгна, докосна с ръце косата на принцесата и отново седна.
Той се премести и продължи да тълкува.
„Не можете, принцесо, не можете“, каза той, когато принцесата, като взе и затвори тетрадката с дадените уроци, вече се готвеше да си тръгне, „математиката е страхотно нещо, госпожо. И не искам да сте като нашите глупави дами. Ще издържи да се влюби. Той я потупа с ръка по бузата. - Глупостите ще ми изскочат от главата.
Тя искаше да си тръгне, той я спря с жест и извади от високата маса нова неизрязана книга.
- Ето още един Ключ от причастието, който вашата Елоиз ви изпраща. Религиозен. И аз не се меся в ничия вяра... Погледнах. Вземи го. Е, върви, върви!
Той я потупа по рамото и сам заключи вратата след нея.
Принцеса Мария се върна в стаята си с тъга, уплашено изражение, който рядко я напускаше и правеше грозното й болнаво лице още по-грозно, седна на бюрото й, отрупано с миниатюрни портрети и осеяно с тетрадки и книги. Принцесата беше толкова безпорядък, колкото баща й беше свестен. Тя остави тетрадката по геометрия и нетърпеливо отвори писмото. Писмото беше от най -близкия приятел на принцесата от детството; Тази приятелка беше същата Джули Карагина, която беше на рождения ден на Ростови:
Джули написа:
„Chere et excellente amie, quelle chose terrible et effrayante que l“ отсъствие! J ”ai beau me dire que la moitie de mon existence et de mon bonheur est en vous, que malgre la distance quinous separe, nos coeurs li sont unis неразтворими; le mien se revolte contre la destinee, et je ne puis, malgre les plaisirs et les distractions qui m "entourent, vaincre une certaine tristesse cachee que je ressens au fond du coeur depuis notre сепарация. Pourquoi ne sommes nous me pas ce reunies, com dans votre grand cabinet sur le canape bleu, le canape a confidences? Pourquoi ne puis je, comme il ya trois mois, puiser de nouvelles forces morales dans votre regard si doux, si calme et si penetrant, regard que j "aimais tant et e je crois voir devant moi, quand je vous ecris."
[Скъпи и безценен приятелкакво ужасно и ужасно нещо е раздялата! Колкото и да си повтарям, че половината от моето съществуване и моето щастие е в теб, че въпреки разстоянието, което ни разделя, сърцата ни са обединени от неразривни връзки, сърцето ми е възмутено срещу съдбата и въпреки удоволствията и пръснати, които ме заобикалят, аз не мога да потисна някаква скрита тъга, която изпитвах в дълбините на сърцето си от времето на нашата раздяла. Защо не сме заедно, като миналото лято, във вашия голям офис, на синия диван, на дивана на „признания“? Защо не мога, както преди три месеца, да придобия нова морална сила във вашия поглед, кротък, спокоен и проницателен, който толкова много обичах и който виждам пред себе си в минутата, когато ви пиша?]
След като прочете тази точка, принцеса Мария въздъхна и погледна обратно към кея, който стоеше отдясно. Огледалото отразяваше грозно слабо тяло и слабо лице. Очите, винаги тъжни, сега се гледаха особено безнадеждно в огледалото. „Тя ме ласкае“, помисли си принцесата, обърна се и продължи да чете. Джули обаче не ласкаеше приятелката си: наистина очите на принцесата, големи, дълбоки и сияещи (сякаш лъчи топла светлина понякога излизаха от тях на снопове), бяха толкова добри, че много често, въпреки грозотата на цялото лице, тези очи бяха направени по -привлекателни от красотата. Но принцесата така и не видя доброто изражение на очите си, изражението, което те приемаха в онези моменти, когато тя не мислеше за себе си. Както при всички хора, лицето й придоби напрегнато, неестествено, зло изражение, веднага щом се погледна в огледалото. Тя продължи да чете: 211

Колегиален YouTube

1 / 5
Основателите на "примковата квантова теория на гравитацията" през 80-те години на XX век са Лий Смолин, Абей Аштекар, Тед Джейкъбсън (Английски)и Карло Ровели [премахнете шаблона]. Според тази теория пространството и времето са съставени от дискретни части. Тези малки квантови клетки на пространството са свързани помежду си по определен начин, така че в малки мащаби на време и дължина те създават пъстра, дискретна структура на пространството, а в големи мащаби плавно преминават в непрекъснато плавно пространство-време.

Примкова гравитация и физика на елементарните частици

Едно от предимствата на кръговата квантова теория на гравитацията е естествеността, с която тя обяснява Стандартния модел на физиката на елементарните частици.
По този начин Билсън-Томпсън и др. предположиха, че теорията на кръговата квантова гравитация може да възпроизведе Стандартния модел чрез автоматично комбиниране на четирите фундаментални взаимодействия. В същото време, с помощта на преони, представени под формата на бреди (преплитане на влакнесто пространство-време), беше възможно да се изгради успешен модел на първото поколение фундаментални фермиони (кварки и лептони) с повече или по-малко правилно възпроизвеждане на техните заряди и паритети.
В оригиналната статия на Билсън-Томпсън се предполагаше, че фундаменталните фермиони от второ и трето поколение могат да бъдат представени като по-сложни брадове, докато фермионите от първо поколение изглеждат най-простите възможни бреди, въпреки че не бяха дадени конкретни представяния на сложни брадове. Смята се, че електрическите и цветните заряди, както и паритетът на частиците, принадлежащи към по -високите поколения, трябва да бъдат получени по абсолютно същия начин, както за частиците от първо поколение. Използването на квантови изчислителни методи ни позволи да покажем, че частиците от този вид са стабилни и не се разпадат под влияние на квантовите флуктуации.
Лентовите структури в модела на Билсън-Томпсън са представени като образувания, състоящи се от същата материя като самото пространство-време. Въпреки че статиите на Билсън-Томпсън показват как фермиони и бозони могат да бъдат получени от тези структури, въпросът за това как брандирането би могло да произведе бозона на Хигс не се обсъжда в тях.
Л. Фрайдел ( Л. Фрайдел), J. Kowalski-Glikman ( Й. Ковалски-Гликман) и А.... Тази работа може да се разглежда като допълнителна теоретична подкрепа за преон модела на Bilson-Thompson.
Използване на моделния формализъм центрофугираща пяна, която е пряко свързана с теорията на кръговата квантова гравитация и се основава само на първоначалните принципи на последната, някои други частици от Стандартния модел, като фотони, глуони и гравитони, също могат да бъдат възпроизведени - независимо от Bilson -Томпсън Бред схема за фермиони. Въпреки това, от 2006 г. този формализъм все още не е успял да конструира гелон модели. В гелонния модел липсват бради, които биха могли да се използват за конструиране на бозона на Хигс, но по принцип този модел не отрича възможността този бозон да съществува под формата на някакъв вид съставна система. Билсън-Томпсън отбелязва, че тъй като частиците с по-големи маси обикновено имат по-сложна вътрешна структура (като се вземе предвид и усукването на острието), тази структура може да бъде свързана с механизма на образуване на маса. Например, в модела на Билсън-Томпсън, структурата на фотон с нулева маса съответства на не усукани пръчки. Вярно е, че все още не е ясно дали фотонният модел, получен в рамките на формализма на спин пяна, съответства на фотона на Билсън-Томпсън, който в неговия модел се състои от три неусукани ленти (възможно е няколко версии на фотонния модел да да бъдат конструирани в рамките на формализма на спин пяна).
Първоначално терминът "преон" се използва за обозначаване на точкови субчастици, включени в структурата на полуспиновите фермиони (лептони и кварки). Както вече споменахме, използването на точкови частици води до масовия парадокс. В модела на Билсън-Томпсън лентите не са „класически“ точкови структури. Билсън-Томпсън използва термина „преон“, за да запази приемствеността в терминологията, но използва този термин, за да обозначи по-широк клас обекти, които са компоненти на структурата на кварки, лептони и калибровъчни бозони.
Важно е да се разбере подходът на Билсън-Томпсън, че в неговия преон модел елементарните частици, като електрон, са описани от гледна точка на вълнови функции. Сумата от квантовите състояния на спиновата пяна с кохерентни фази също е описана от гледна точка на вълновата функция. Следователно е възможно, използвайки формализма на спиновата пяна, да се получат вълнови функции, съответстващи на елементарни частици (фотони и електрони). В момента унифицирането на теорията на елементарните частици с теорията на квантовата гравитация на контура е много активна област на изследване.
През октомври 2006 г. Билсън-Томпсън модифицира своята статия, отбелязвайки, че въпреки че неговият модел е вдъхновен от преон модели, той не е преоничен в строгия смисъл на думата, така че топологичните диаграми от неговия преон модел най-вероятно могат да бъдат използвани в други фундаментални теории като например М-теория. Теоретичните ограничения, наложени върху модела на преон, са неприложими към неговия модел, тъй като свойствата на елементарните частици в него произтичат не от свойствата на подчастиците, а от връзките на тези субчастици една с друга (brads). Една от възможностите е например "вграждане" на преони в М-теорията или в теорията на кръговата квантова гравитация.
Сабин Хосенфелдер предложи да разгледа двама алтернативни претенденти за „теория на всичко“ - теория на струните и циклична квантова гравитация като страни на една и съща монета. За да може кръговата квантова гравитация да не противоречи на специалната теория на относителността, е необходимо в нея да се въведат взаимодействия, подобни на разглежданите в теорията на струните. ...

Проблеми на теорията

В модифицирана версия на своята статия Билсън-Томпсън признава, че нерешените проблеми в неговия модел са масовият спектър от частици, завъртания, смесването на Кабибо и необходимостта да се свърже неговия модел с по-фундаментални теории.
По-късна версия на тази статия описва динамиката на Брад с помощта на движения на Пахнер.

« В рамките на три страници сър Исак Нютон обясняваше закона за гравитацията на госпожа Гуин, която вече беше намекнала, че би искала да направи нещо в замяна.»

(А. Кларк, Падане на влажност)

Разбира се, не мога да оставя напълно без коментар към статията на А. Сен „Логаритмични корекции на Шварцшилд и друга неекстремална ентропия на черната дупка в различни измерения“, за която научих благодарение на сайта на Любос Мотл, ще се опитам да напиша за какво LM не е писал за :) Освен това статията е интересна с това, че представя резултатите от корекции на логаритмичен цикъл на формулата на Бекенщайн - Хокинг за ентропия Черна дупка

$$ S = \ frac (A) (4) \, $$

които няма да обсъждам, той също така предоставя полезно сравнение на тези резултати с тези, получени в поле със съмнителна активност, наречена циклична квантова гравитация. Сравнението показва, че кръговата квантова гравитация предсказва неправилна логаритмична корекция на формулата на Бекенщайн-Хокинг. Спомняйки си как дори формулата на Бекенщайн-Хокинг е изведена в квантовата гравитация на контура, можем спокойно да кажем, че квантовата гравитация на цикъла е неправилна конструкция.

Като цяло мотивите са следните. Обмисляте общо решениечерна дупка в някакъв период от време. Черната дупка има маса М, зареждане В, и ъглов момент Дж... Последните две канонично конюгират химическия потенциал μ и ъгловата скорост на въртене на черната дупка ω ... Можете да предположите, че имате няколко заряда и няколко химически потенциала, това не е от съществено значение. Термодинамичен потенциалсе дава по формулата

$$ \ Omega = E-TS + \ omega J + \ mu Q \, $$

където T = 1/β е температурата на черната дупка.

Евклидовата квантова гравитация се описва с функционален интеграл,

$$ Z (\ beta, \, \ omega, \, \ mu) = \ int D \ Psi e ^ (- S_E [\ Psi]) \, $$

където Ψ означава всички налични полета.

Но, от друга страна, функционалният интеграл дава израз за голяма функция на дял, от която може да се изчисли термодинамичният потенциал:

$$ \ Омега = -T \ log Z \,. $$

В резултат получаваме формулата за ентропията на черна дупка:

$$ S (M, \, J, \, Q) = \ log Z + \ beta (M + \ omega J + \ mu Q) \,. $$

В класическата гравитация Zтова е просто потенцирано с обратен знак на класическото действие, изчислено върху полета, удовлетворяващи класическите уравнения на движение,

$$ Z_ (cl) (\ beta, \, \ omega, \, \ mu) = e ^ (- S_ (cl) [\ Psi_ (cl)]) \ ,. $$

Освен това, квантовите ефекти, които отчитат контурите, променят този резултат, в резултат на което ентропията също получава корекции. Водещата корекция се оказва пропорционална на площта на хоризонта на черната дупка. Важен е коефициентът. На примера на черна дупка на Шварцшилд: ако ае радиусът на черната дупка в единици за дължина на Планк, тогава корекцията на ентропията в едноконтурно приближение е

$$ \ Delta S \ simeq 1.71 \ log a \,. $$

Квантовата гравитация на контура предсказва

$$ \ Delta S \ simeq -2 \ log a \,. $$

Това са напълно различни резултати.

Изминаха осемдесет години, откакто физиците осъзнаха, че теориите на квантовата механика и гравитацията са несъвместими и мистерията на тяхното съчетание остава неразгадана. През последните десетилетия изследователите са изследвали този проблем по два различни начина - чрез теорията на струните и чрез квантовата гравитация - които техните практикуващи намират за несъвместими. Но някои учени твърдят, че е необходимо да се обединят усилията за напредък.
Сред опитите за обединяване на квантовата теория и гравитацията най-голямо внимание привлече теорията на струните. Предпоставката му е проста: всичко е съставено от малки струни. Струните могат да бъдат с късо или отворено съединение; те могат да вибрират, да се разтягат, да се комбинират или да се разпадат. И в това разнообразие се крият обясненията на всички наблюдавани явления, включително материята и пространството-времето.
Примковата квантова гравитация (LQG), от друга страна, дава по -малка стойностматерията, присъстваща в пространство-времето, и се концентрира повече върху свойствата на самото пространство-време. В теорията на PCG пространство-времето е мрежа. Гладкият фон на теорията на гравитацията на Айнщайн е заменен от възли и връзки, на които се приписват квантови свойства. По този начин пространството се състои от отделни части. PKG се занимава основно с изучаването на тези парчета.
Този подход отдавна се смята за несъвместим с теорията на струните. Всъщност техните различия са очевидни и дълбоки. Като начало, PCG изучава части от пространство-времето, докато теорията на струните изучава поведението на обектите в пространство-времето. Техническите проблеми също споделят тези области. Теорията на струните изисква 10 измерения в пространството; PKG в по-високи измерения не работи. Теорията на струните предполага суперсиметрия, при която всички частици имат все още неоткрити партньори. Суперсиметрията не е присъща на PCG.

Тези и други различия разделиха общността на теоретичните физици на два лагера. „Конференциите са разделени“, казва Дордже Пулин, физик от Щатския университет на Луизиана и съавтор на учебника за PCG. - Луупърите отиват на конференции с цикъл, струнджиите отиват на струнни. Сега дори не ходят на конференции по "физика". Мисля, че това е много жалко. "
Но няколко фактора могат да приближат тези лагери. Новите теоретични открития подчертаха възможни прилики между PCG и теорията на струните. Ново поколение струнни теоретици се преместиха отвъд теорията на струните и започнаха да търсят методи и инструменти, които биха могли да се окажат полезни при създаването на „теория на всичко“. А неотдавнашният парадокс за загуба на информация за черната дупка накара всички да се почувстват по-скромни.
Освен това, при липсата на експериментални доказателства за теорията на струните или PCG, математическото доказателство, че те са две страни на една и съща монета, би могло да твърди, че физиците вървят в правилната посока в стремежа си към „теория на всичко“. Комбинацията от PCG и теория на струните би направила новата теория уникална.
Неочаквана връзка
Опитите за решаване на някои от проблемите на PCG доведоха до първата неочаквана връзка с теорията на струните. Физиците, изучаващи PKG, нямат ясно разбиране как да преминат от парчета от пространство-времевата мрежа към широкомащабно описание на пространство-времето, което съвпада с общата теория на относителността на Айнщайн – нашата най-добра теория на гравитацията. Освен това тяхната теория не може да бъде съгласувана с факта специален поводкъдето гравитацията може да бъде пренебрегната. Това е проблем, който чака всеки опит за използване на пространство-времето парче по парче: в SRT линейните размери на обект намаляват в зависимост от движението на наблюдателя спрямо обекта. Свиването се отразява и на размера на парчетата пространство-време, които се възприемат по различен начин от наблюдателите, движещи се с различна скорост. Това несъответствие води до проблеми с централния принцип на теорията на Айнщайн – че законите на физиката са независими от скоростта на наблюдателя.
„Трудно е да се въведат дискретни структури, без да има проблеми със SRT“, казва Пулин. В своята работа, написана през 2014 г. с колега на Рудолфо Гамбини, физик от Републиканския университет на Уругвай в Монтевидео, Пулин пише, че привеждането на PCG в съответствие със SRT неизбежно води до появата на взаимодействия, подобни на тези, присъстващи в теорията на струните.
Това, че двата подхода имат нещо общо, изглежда вероятно на Пулин след плодотворното откритие, направено в края на 90-те от Хуан Малзадена, физик от Института за напреднали изследвания в Принстън, Ню Джърси. Малзадена в анти-де Ситър пространство-време (AdS) подравнена гравитацията и теорията на конформното поле (CFT) на границата на пространство-времето. Използвайки подхода AdS / CFT, теорията на гравитацията може да бъде описана с помощта на по-разбираема теория на полето.
Пълната версия на дуализма все още е хипотеза, но има добре разглобен ограничаващ случай, с който теорията на струните няма нищо общо. Тъй като струните нямат значение в този случай, те могат да бъдат използвани във всяка теория на квантовата гравитация. Пулин вижда допирни точки тук.

PKG, както се вижда от художника
Херман Верлинде, теоретичен физик от Принстънския университет, който често работи с теорията на струните, смята, че е правдоподобно методите на PCG да хвърлят светлина върху гравитационната страна на дуализма. В скорошна статия той описва опростен AdS / CFT модел в две измерения за пространство и едно за време, или както казват физиците, в случай на "2 + 1". Той откри, че рекламното пространство може да бъде описано с помощта на вида мрежи, които се използват в PCG. Въпреки факта, че цялата структура все още работи в "2 + 1", тя предлага Нов обликвърху гравитацията. Verlinde се надява да обобщи модела до повече измерения. „Те гледаха на PKG твърде отблизо. Моят подход включва и други области. В интелектуален смисъл това е поглед в бъдещето “, каза той.
Но дори ако е възможно да се комбинират методите на PCG и теорията на струните, за да се придвижи напред с пространството на AdS, остава въпросът: колко полезна е такава комбинация? AdS пространството има отрицателна космологична константа (това число описва геометрията на Вселената в голям мащаб), докато нашата Вселена има положителна. Ние не живеем в математическата конструкция, описана от пространството на AdS.
Подходът на Верлинде е прагматичен. „Например, за положителна космологична константа може да се нуждаем от нова теория. Тогава въпросът е колко ще се различава от този. AdS все още е най-добрият намек за структурата, която търсим, и трябва да направим някакъв трик, за да стигнем до положителна константа." Той вярва, че учените не губят време с тази теория: „Въпреки че AdS не описва нашия свят, той ще ни даде уроци, които ще ни отведат в правилната посока“.
Обединение на територията на черна дупка
Верлинде и Пулин посочват друга възможност за обединяване на общностите на теорията на струните с PCG: мистериозната съдба на информацията, попадаща в черна дупка. През 2012 г. четирима изследователи от Калифорнийския университет обърнаха внимание на противоречие в основната теория. Те твърдят, че ако черната дупка позволи на информацията да избяга от нея, тя ще разруши фината структура на празното пространство около хоризонта на черната дупка и ще създаде високоенергийна бариера, наречена защитна стена. Но такава бариера е несъвместима с принципа на еквивалентност, залегнал в основата на общата теория на относителността, която гласи, че наблюдателят не може да каже дали е прекрачил хоризонта. Тази несъвместимост възмути редиците на теоретиците на струните, които вярваха, че разбират връзката между черните дупки и информацията, и бяха принудени отново да грабнат бележниците си.
Но този въпрос не е важен само за струнните теоретици. „Целият този спор за защитната стена беше най-вече в общността на теоретиците на низове, което не разбирам“, каза Верлинде. „Проблемите с квантовата информация, заплитането и изграждането на математическо пространство на Гилбърт са това, върху което специалистите от PCG работят.
По това време се случи събитие, незабелязано от повечето специалисти по струни - падането на бариерата, издигната от суперсиметрия и допълнителни измерения. Групата на Томас Тиман от университета в Ерланген-Нюрнберг (Германия) разшири PCG до по-високи измерения и включи суперсиметрията в него - и тези концепции преди това бяха територията на изключително теорията на струните.
Наскоро Норберт Бодендорфер, бивш ученик Thiemann от Университета във Варшава е приложил методи за количествено определяне на цикъл от PQG към пространството на AdS. Той твърди, че PCG е полезен за справяне с дуалността на AdS / CFT в случаите, когато теоретиците на струни не могат да правят гравитационни изчисления. Бодендорфер смята, че пропастта, която съществуваше между PCG и струните, изчезва. „Понякога имам впечатлението, че струнните теоретици са много бедни в PQG и не искат да говорят за това“, каза той. „Но по-младите специалисти демонстрират отворен ум. Те са много заинтересовани от това, което се случва в пресечната точка на регионите. "
„Най-голямата разлика е как дефинираме въпросите си“, казва Верлинде. "Проблемът е по-скоро социологически, отколкото научен, за съжаление." Той не смята, че двата подхода са в конфликт: „Винаги съм смятал теорията на струните и PCG за части от едно и също описание. PCG е метод, а не теория. Това е метод за мислене за квантовата механика и геометрия. Това е техника, която теоретиците на струните могат да използват и вече използват. Тези неща не се изключват взаимно."
Но не всички са убедени в това Моше Розали, теоретик на струните от Университета на Британска Колумбия, остава скептичен относно PCD: „Не работя върху PCD, защото тя има проблеми със SRT“, казва той. "Ако вашият подход не зачита симетриите в SRT от самото начало, имате нужда от чудо в една от междинните стъпки." Все пак Розали каза, че някои от математическите инструменти, които идват от PCG, може да са полезни. „Не мисля, че има възможност за комбиниране на PKG и теория на струните. Но хората обикновено имат нужда от методи и в този смисъл те си приличат. Математическите методи могат да се припокриват. "
По същия начин не всички привърженици на PKD очакват двете теории да се слеят. Карло Ровели, физик от университета в Марсилия и основател на теорията на PKG, вярва в разпространението на неговата теория. „Общността на струните вече не е толкова арогантна, колкото беше преди десет години, особено след горчиво разочарование от липсата на суперсиметрични частици“, казва той. „Възможно е двете теории да са част от едно и също решение... но мисля, че е малко вероятно. Според мен струнната теория не успя да изпълни обещаното през 80 -те години и е една от онези идеи, които изглеждат красиви, но не описват. реалния свят, с които историята на науката беше пълна. Не разбирам как хората все още могат да възлагат надеждите си на нея."
Пулин смята, че е преждевременно да се обявява победа: „Привържениците на ПКГ казват, че тяхната теория е единствената правилна. Няма да се абонирам за това. Струва ми се, че и двете теории са изключително непълни."

Примкова гравитация. Примкова квантова гравитация

Какво се случи преди Големия взрив и откъде дойде времето?

Атоми на пространството и времето

Примкова гравитация и физика на елементарните частици

Проблеми на теорията

Вижте също

Източници на

Напишете отзив за Loop Quantum Gravity

Литература

Бележки (редактиране)

Откъс, характеризиращ кръгова квантова гравитация

Колегиален YouTube

Примкова гравитация и физика на елементарните частици

Проблеми на теорията

Неочаквана връзка

Обединение на територията на черна дупка