Петлевая квантовая теория

Петля квантовой гравитации

Петлевая квантовая теория

24.05.2006 00:00:00

Так, примерно, выглядит структура пространства-времени на субъядерных масштабах.
Коллаж Михаила Минина. Источник: Брайан Грин, «Элегантная Вселенная», «Time»

В последние десятилетия физики и математики задаются парадоксальными, казалось бы, вопросами: действительно ли пространство непрерывно или больше похоже на кусок ткани, сотканной из отдельных волокон? А как быть со временем: плавно ли происходят изменения в природе или мир развивается крошечными скачками, действуя словно компьютер? Откуда вообще взялось время?

Большой Взрыв перестает быть особой точкой рождения Вселенной. Кажется, удается не только проследить его протекание, но и заглянуть в то, что было до Большого Взрыва.

Краткое описание результатов теоретических работ на эту тему опубликовано в одном из последних номеров солидного физического журнала Physical Review Letters (96, 141301, 12 april 2006).

Известный американский астрофизик и космолог русского происхождения, профессор Пенсильванского университета Ли Смолин полагает: ученые заметно приблизились к ответам на эти вопросы.

«Эти ответы стали возможными благодаря теории с витиеватым названием «петлевая квантовая гравитация», разработанной мной и моими коллегами, – рассказал в беседе с корреспондентом «НГ» Ли Смолин. – Уже в ближайшем будущем ее предсказания можно будет проверить экспериментально: мы обнаружим атомы пространства, если они действительно существуют».

Теория эта появилась почти случайно. В конце 70-х годов прошлого века ученые как в России, так и за рубежом пытались разработать долгожданную квантовую теорию тяготения.

Дело в том, что по отдельности квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна экспериментально подтверждены. Однако еще ни разу не удавалось создать условия для того, чтобы проверить обе теории одновременно.

Ведь квантовые эффекты заметны лишь в малых масштабах, а для того чтобы стали заметны эффекты общей теории относительности, требуются, наоборот, массы масштаба галактических.

Расчеты, проведенные в 1960-х и 1970-х гг., свидетельствовали о том, что квантовую механику и общую теорию относительности объединить невозможно. В попытках достижения компромисса родились такие направления, как теория твисторов, некоммутативная геометрия и супергравитация. Петлевая квантовая теория стала в каком-то смысле лазейкой современной физики.

«Мы решили отказаться от концепции гладкого непрерывного пространства и не вводить никаких гипотез, кроме хорошо проверенных экспериментально положений общей теории относительности и квантовой механики, – продолжает Ли Смолин.

– К нашему восторгу, из расчетов следовало, что пространство квантовано, дискретно! Так мы заложили основу теории петлевой квантовой гравитации.

Кстати, термин «петлевая» был введен из-за того, что в некоторых вычислениях использовались маленькие петли, выделенные в пространстве-времени».

На что же похожи кванты объема и площади? Как все выглядит на самом деле, не знает никто, однако для удобства физики решили изображать квантовые состояния объема и площади в виде диаграмм, которые не лишены своеобразной красоты.

А что же время? В теории относительности пространство и время неотделимы и представляют собой единое пространство-время. При введении концепции пространства-времени в теорию петлевой квантовой гравитации спиновые сети, представляющие пространство, превращаются в так называемую спиновую пену.

С добавлением еще одного измерения – времени – линии спиновой сети расширяются и становятся двумерными поверхностями, а узлы растягиваются в линии. Таким образом, время тоже дискретно. Оно не течет, как река, а тикает, как часы. Интервал между «тиками» примерно равен времени Планка, или 10–43 сек.

Любая экспериментальная проверка теории петлевой квантовой гравитации сопряжена с колоссальными техническими трудностями.

Характерные эффекты, описываемые теорией, становятся существенными только в масштабе длины Планка, который на 16 порядков меньше, чем можно будет исследовать в ближайшее время на самых мощных ускорителях.

Впрочем, недавно ученые предложили несколько доступных способов проверки этой удивительной теории.

Современная аппаратура позволяет регистрировать излучение гамма-всплесков, расположенных в миллиардах световых лет. Правда, точность современных приборов в 1000 раз ниже необходимой, но уже в 2006 г. будет запущена спутниковая обсерватория GLAST, прецизионное оборудование которой позволит провести долгожданный эксперимент.

«Теория петлевой квантовой гравитации заставляет нас по-новому взглянуть на происхождение Вселенной и помогает представить, что происходило сразу после Большого взрыва, – подводит итог Смолин. – В соответствии с общей теорией относительности в истории мироздания был самый первый, нулевой момент времени.

Это не согласуется с квантовой физикой. Расчеты, проведенные моим коллегой Мартином Боджовальдом на основании теории петлевой квантовой гравитации, указывают: этот взрыв фактически был Большим отскоком, так как до него Вселенная быстро сжималась.

Не исключено, что нам с вами еще посчастливится узнать, что же происходило до Большого взрыва и откуда вообще взялось время».

Источник: http://www.ng.ru/science/2006-05-24/11_gravitacia.html

Нужна ли квантовой гравитации теория струн?

Петлевая квантовая теория

Экология познания: «Я просто думаю, что в струнной теории произошло слишком много хороших вещей, чтобы она была совершенно неправильной. Люди не очень хорошо ее понимают, но я просто не верю в гигантский космический замысел, который создал

«Я просто думаю, что в струнной теории произошло слишком много хороших вещей, чтобы она была совершенно неправильной. Люди не очень хорошо ее понимают, но я просто не верю в гигантский космический замысел, который создал эту невероятную вещь, и чтобы она не имела ничего общего с реальным миром», — сказал однажды Эдвард Уиттен.

Безо всяких сомнений, с математической точки зрения нет недостатка в невероятных, прекрасных и элегантных теориях. Но не все они подходят для нашей физической Вселенной.

Кажется, что на каждую блестящую идею, которая точно описывает, что мы можем наблюдать и измерить, приходится по меньшей мере одна блестящая идея, которая пытается описать те же вещи, но остается в корне неверной.

На прошлой неделе мы задались вопросом, который сводится к примерно следующей сути.

Квантовая гравитация. Мы хотели бы знать, имеется ли какой-нибудь прогресс в этой области за последние пять-десять лет.

Нам, обычным смертным, кажется, что эта сфера малость подзастряла, а теория струн начала падать в забытие, поскольку ее сложно проверить и у нее имеется 10500 возможных решений.

Правда ли это, или же где-то за кулисами протекает некий прогресс, на который пресса просто не обращает внимания?

Во-первых, стоит провести большую разделительную черту между идеей квантовой гравитации, решением теории струн (или предлагаемым решением) и другими альтернативами.

Начнем со Вселенной, которую мы знаем и любим. С одной стороны, есть общая теория относительности, наша теория гравитации. Она утверждает, что вместо того, чтобы быть простым действием на расстоянии, как завещал Ньютон, когда все массы во всех местах оказывают силы друг на друга обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, в ее основе лежит более тонкий механизм.

Масса, как установил Эйнштейн с принципом эквивалентности и E=mc2 в 1907 году, была одной из форм энергии во Вселенной.

Эта энергия, в свою очередь, искривляет саму ткань пространства-времени, изменяя путь движения всех объектов и изменяя то, что наблюдатель мог наблюдать в виде картезианской сетки.

Объекты не ускоряются за счет невидимой силы, а скорее путешествуют по пути, определяемому влиянием всех различных форм энергии во Вселенной.

Это гравитация.

С другой стороны, у нас есть другие законы природы: квантовые.

Есть электромагнетизм, за который отвечают электрически заряженные частицы, их движение и который описывается переносчиком силы фотоном, который выступает посредником при этих взаимодействиях и дарит нам явления, которые мы связываем с электростатикой и магнетизмом.

Есть также две ядерных силы: слабая ядерная сила, ответственная за явления вроде радиоактивного распада, и сильная ядерная сила, которая удерживает атомные ядра вместе и позволяет существовать протонам и нейтронам.

Расчеты для этих сил обычно происходят в плоском пространстве-времени, с которого каждый студент начинает изучение квантовой теории поля. Но этого недостаточно, когда мы присутствуем в искривленном пространстве, как того диктует общая теория относительности.

«Итак, — скажете вы, — мы просто будем проводить вычисления нашей теории поля на фоне искривленного пространства!». Это известно как полуклассическая гравитация, и этот тип вычислений позволяет нам рассчитывать вещи вроде излучения Хокинга.

Но даже это имеется только на горизонте самой черной дыры, а не там, где гравитация будет во всей своей красе.

Есть много физических случаев, в которых нам пригодилась бы квантовая теория гравитации, и все они связаны с гравитационной физикой на мельчайших масштабах, на крошечных дистанциях.

Что, к примеру, происходит в центральных районах черных дыр? Вы можете подумать, мол, «о, там же сингулярность», но сингулярность — это не столько точка с бесконечной плотностью, сколько случай, где математический инструмент общей теории относительности выдает бессмысленные ответы на вопросы о потенциалах и силах. Что происходит, когда электрон проходит через двойную щель? Проходит ли гравитационное поле через обе щели? Или через одну? Общая теория относительности ничего не говорит на этот счет.

Считается, что должна быть квантовая теория гравитации, которая объяснит эти и другие проблемы, присущие в «гладкой» теории гравитации вроде ОТО. Для того чтобы объяснить, что происходит на малых дистанциях в присутствии гравитационных источников — или масс, — нам нужна квантовая, дискретная, а значит, и построенная на частицах теория гравитации.

Благодаря свойствам самой ОТО, что-то мы уже знаем.

Известные квантовые силы определяются действием частиц, известных как бозоны, или частицы с целым спином.

Фотоны определяют электромагнитную силу, W- и Z-бозоны выступают посредниками для слабой ядерной силы, а глюоны — для сильного ядерной силы.

У всех этих частиц спин равен 1, причем для массивных частиц спин может принимать значение -1, 0 или +1, тогда как у безмассовых частиц (вроде глюонов и фотонов) он может принимать значение только -1 или +1.

Бозон Хиггса тоже является бозоном, только не выступает посредником для сил и обладает спином 0. Насколько мы знаем гравитацию — ОТО является тензорной теорией гравитации — ее посредником должна выступать безмассовая частица со спином 2, а значит ее спин может принимать значение -2 или +2 только.

Получается, мы что-то знаем о квантовой теории гравитации еще до попытки сформулировать ее. Мы знаем это, поскольку какой бы ни была квантовая теория гравитации, она должна быть в соответствии с ОТО, когда мы имеем дело с не самыми малыми дистанциями до массивных частиц или объектов, равно как и ОТО должна сводиться к ньютоновской гравитации в режиме слабого поля.

Большой вопрос, конечно, как это сделать. Как квантовать гравитацию, чтобы она была корректна (в описании реальности), соотносилась с ОТО и КТП и приводила к вычисляемым предсказаниям новых явлений, которые могут быть наблюдаемы, измеряемы или проверямы.

Ведущий претендент, как вы знаете, это теория струн.

Теория струн

Теория струн — интереснейшее поле, которое включает все стандартные модели полей и частиц, фермионы и бозоны. Она включает 10-мерную тензор-скалярную теорию гравитации: с 9 пространственными и 1 временным измерением и параметром скалярного поля.

Если мы уберем шесть из этих пространственных измерений (через не до конца понятный процесс, который люди называют компактификацией) и позволим параметру (ω), который определяет скалярное взаимодействие, уйти в бесконечность, мы сможем восстановить ОТО.

Однако у теории струн есть целый ряд феноменологических проблем. Одна из них заключается в том, что из теории вытекает огромное число новых частиц, в том числе и все суперсимметричные, которых мы до сих пор не обнаружили.

Она утверждает, что нет необходимости в «свободных параметрах», которыми обладает Стандартная модель (для масс частиц), но заменяет эту проблему еще худшей.

Когда мы говорим о 10500 возможных решениях, эти решения касаются ожидаемых значений струнных полей, и нет никакого механизма восстановить их; чтобы струнная теория работала, вам придется отказаться от динамики и просто сказать, что «она должна была быть выбрана антропно».

Впрочем, струнная теория — не единственный игрок на этом поле.

Петлевая квантовая гравитация

ПКГ представляте собой интересный взгляд на проблему: вместо того чтобы пытаться квантовать частицы, ПКГ утверждает, что само пространство является дискретным.

Как обычно представляют гравитацию: натянутая простыня с шаром для боулинга в центре.

Мы также знаем, что обычно простынь квантуется, то есть состоит из молекул, которые состоят из атомов, которые состоят из ядер (кварков и глюонов) и электронов.

Пространство может быть таким же! Поскольку оно выступает в качестве ткани, то состоит из конечных квантованных элементов. И, возможно, соткано из «петель», откуда и берется ее название.

Соедините эти петли вместе, и вы получите сеть, представляющую квантовое состояние гравитационного поля. Согласно этой картине, квантуется не только материя, но и само пространство.

Эта научная область до сих пор активно разрабатывается.

Асимптотически безопасная гравитация

Асимптотическая свобода была разработана в 1970-х годах, чтобы объяснить необычный характер сильного взаимодействия: это была очень слабая сила на чрезвычайно коротких расстояниях, которая становилась сильнее по мере того, как заряженные частицы расходились дальше и дальше.

В отличие от электромагнетизма, который имел небольшую константу взаимодействия, у сильного взаимодействия она была большая. Из-за некоторых интересных свойств квантовой хромодинамики, если вы связываетесь с нейтральной (цветной) системой, сила взаимодействия быстро падает.

Это можно было объяснить физическими размерами барионов (протонов и нейтронов, например) и мезонов (пионов, к примеру).

Асимптотическая свобода, с другой стороны, решила фундаментальную проблему, связанную с этим: вам нужны не малые взаимодействия, связи (или связи, которые стремятся к нулю), а, скорее, связи, которые просто будут конечными при высокоэнергетическом пределе.

Все константы связи меняются с энергией, и асимптотическая свобода ставит высокоэнергетическую неподвижную точку для константы (технически, для группы ренормировки, из которой извлекается константа связи), а все остальное можно рассчитывать для низких энергий.

Во всяком случае такова идея. Мы выяснили, как делать это для измерений 1 + 1 (одно пространственное и одно временное), но не для 3 + 1.

Однако прогресс движется, во многом благодаря Кристофу Веттериху, который издал две грандиозных работы в 90-х годах.

Не так давно Веттерих использовал асимптотическую свободу — всего шесть лет назад, — чтобы рассчитать предсказание массы бозона Хиггса еще перед тем, как БАК нашел его. Результат же?

Удивительно, но его предсказания идеально совпали с находками БАК. Это настолько прекрасное предсказание, что, если асимптотическая безопасность верна и массы топ-кварка, W-бозона и бозона Хиггса установлены окончательно, для стабильной работы вплоть до планковских величин физике не понадобятся другие фундаментальные частицы.

Хотя асимптотически безопасной гравитации не уделяют много внимания, она остается весьма привлекательной и многообещающей теорией, как и теория струн: успешно квантует гравитацию, сводит ОТО до предела низких энергией и остается УФ-конечной. Кроме того, она обходит теорию струн по одному параметру: в ней нет целой горы нового материала, который мы пока не можем доказать.

Причинная динамическая триангуляция

Эта идея довольно нова и была разработана в 2000 году Ренатой Лолл в коллаборации с другими учеными. Она сходится с петлевой квантовой гравитацией в том, что пространство дискретно, но в первую очередь озабочена тем, как это пространство развивается. Одно из интересных свойств этой идеи в том, что время тоже должно быть дискретно.

В итоге мы получаем четырехмерное пространство-время в настоящем времени, но на очень высоких энергиях и малых расстояниях (в планковских масштабах) оно проявляется в виде двумерной структуры. В ее основе лежит математическая структура под названием симплекс, которая является n-мерным обобщением треугольника.

2-симплекс — это треугольник, 3-симплекс — тетраэдр, и так далее. Одна из «прекрасных» фишек этого проявляется в виде причинности — известного многим понятия — которая сохраняется в причинной динамической триангуляции.

Возможно, она сможет объяснить гравитацию, но непонятно на 100%, сможет ли в эти рамки уместиться Стандартная модель элементарных частиц.

Возникающая (индуцированная) гравитация

Возможно, наиболее спорной из последних теорий квантовой гравитации является энтропийная гравитация, предложенная Эриком Верлинде в 2009 году, согласно модели которой гравитация является не фундаментальной силой, а скорее возникает как явление, связанное с энтропией.

На самом деле корни возникающей гравитации уходят к открывателю условий образования асимметрии материи-антиматерии, Андрею Сахарову, который предложил эту идею еще в 1967 году.

Работа по-прежнему находится в зачаточном состоянии, но за последние 5-10 лет на этом поле имеется некоторый прогресс.

Вот что у нас на сегодняшний день есть по квантовой гравитации. Мы уверены, что без нее не поймем работу Вселенной на фундаментальном уровне, но понятия не имеем, в каком направлении из представленных пяти (и других) движение будет верным. опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Источник: https://econet.ru/articles/69717-nuzhna-li-kvantovoy-gravitatsii-teoriya-strun

Петлевая квантовая гравитация и теория струн

Петлевая квантовая теория

Петлевая квантовая гравитация – что это такое? Именно этот вопрос мы рассмотрим в данной статье. Для начала определим ее характеристику и фактические сведения, а далее ознакомимся с ее оппонентом — теорией струн, которую мы рассмотрим в общем виде для осмысления и взаимосвязи с петлевой квантовой гравитацией.

Введение

Одной из теорий, описывающих квантовую гравитацию, является набор данных о петлевой гравитации на квантовом уровне организации Вселенной. Данные теории основываются на концепции дискретности, как времени, так и пространства в масштабах Планка. Позволяет реализоваться гипотезе пульсирующей Вселенной.

Ли Смолин, Т. Джекобсон, К. Ровелли, и А. Аштекар являются основателями теории петлевой квантовой гравитации. Начало ее формирования приходится на 80-е гг. ХХ века.

В соответствии с утверждениями данной теории, «ресурсы» – время и пространство – это системы из дискретных фрагментов. Они описываются как ячейки размером с кванты, которые скрепляются между собой особым способом.

Однако, доходя до больших размеров, мы наблюдаем сглаживание пространства-времени, и оно нам кажется непрерывным.

Петлевая гравитация и частички мироздания

Одной из самых ярких «особенностей» теории петлевой квантовой гравитации является ее естественная способность решения некоторых проблем физики. Она позволяет объяснять немало вопросов, связанных со стандартной моделью физики элементарных частичек.

В 2005 году вышла статья С. Бильсона-Томпсона, который предлагал в ней модель с трансформированным ришоном Харари, который принял вид протяженного ленточного объекта. Последний называют риббоном.

Оценивающийся потенциал говорит о том, что она могла бы объяснить причину самостоятельной организации всех субкомпонентов. Ведь именно это явление вызывает цветовой заряд. Предыдущая преонная модель для себя считала базовым элементом точечные частицы. Заряд цвета поддавался постулированию.

Эта модель позволяет описывать электрические заряды как топологическую сущность, что способна возникнуть в случае перекручивания риббонов.

Вторая статья этих соавторов, выпущенная в 2006 г., является трудом, в котором также принимали участие Л. Смолин и Ф. Маркополу.

Ученые выдвинули предположение о том, что все теории квантовой петлевой гравитации, входящие в класс петлевых, утверждают: в них пространство и время – это возбужденные квантованием состояния.

Эти состояния могут выполнять роли преонов, которые приводят к появлению известной стандартной модели. Ею в свою очередь обуславливается эмергентность свойств теории.

Четверо ученых также выдвинули предположение о том, что теория квантовой петлевой гравитации способна воспроизводить Стандартную модель. Она автоматическим способом взаимно связывает четыре фундаментальные силы.

В таком виде, под понятием «брэд» (переплетенное волокнистое пространство-время), здесь подразумевается понятие преонов.

Именно брэды дают возможность воссоздать верную модель из представителей «первого поколения» частиц, что основана на фермионах (кварках и лептонах) с преимущественно правильными способами воссоздания заряда и четности собственно самих фермионов.

Бильсон-Томпсон предполагал, что фермионы из фундаментального «ряда» 2-го и 3-го поколений могут представляться в виде тех же брэдов, но с более сложной структурой. Фермионы 1-го поколения здесь представлены простейшими брэдами. Однако здесь важно знать, что конкретные представления о сложности их устройства еще не выдвигались.

Полагается, что заряды цветового и электрического типов, а также «статус» четности частичек у первого поколения, формируются точно таким же образом, как и у других. После того, как эти частицы были открыты, было совершено множество опытов по созданию воздействий квантовыми флуктуациями на них.

Конечные результаты экспериментов показали, что эти частички являются устойчивыми и не распадаются.

Ленточная структура

Так как здесь мы рассматриваем информацию о теориях без использования расчетов, то можно сказать, что это петлевая квантовая гравитация «для чайников». И она не может обойтись без описания ленточных структур.

Сущности, в которых материя представлена тем же «веществом», что и пространство-время, являются общим описательным представлением модели, которую нам представили Бильсон-Томпсон.

Эти сущности являются ленточными структурами данной описательной характеристики. Эта модель показывает нам, как происходит получение фермионов и как образуются бозоны.

Однако она не дает ответа на вопрос о том, каким образом можно получить бозон Хигса с применением брэндинга.

Л. Фрейделем, Дж. Ковальским-Гликманом и А. Стародубцевым в 2006 году в одной статье было высказано предположение о том, что линиями Вильсона гравитационных полей можно описывать элементарные частички.

Это подразумевает, что свойства, которыми обладают частички, способны соответствовать качественным параметрам петель Вильсона. Последние в свою очередь являются базовым объектом петлевой квантовой гравитации.

Еще эти исследования и расчеты рассматривается в качестве дополнительной базы для теоретической поддержки, описывающей модели Бильсона-Томпсона.

Использование формализма модели спиновой пены, обладающей непосредственным отношением к теории, изучаемой и анализируемой в этой статье (Т.П.К.Г.

), а также базирование на исходном ряде принципов этой теории квантовой петлевой гравитации, дает возможность воспроизводить некоторые частички Стандартной модели, которые не могли получить ранее.

Это были фотонные частицы, также глюоны и гравитоны.

Существует также модель гелонов, в которой брэды не рассматривают ввиду их отсутствия как таковых. Но сама модель не дает точной возможности отрицать их существование. Ее преимущество заключается в том, что мы можем описывать бозон Хиггса как некую композитную систему.

Это объясняется наличием у частиц с большим значением массы более сложных внутренних структур. Учитывая перекручивание брэдов, мы вправе предположить, что данная структура может относиться к механизму создания массы.

Например, вид модели Бильсона-Томпсона, описывающий фотон как частицу с нулевой массой, соответствует состоянию брэда в не перекрученном состоянии.

Понимание подхода Бильсона-Томпсона

На лекциях по квантовой петлевой гравитации при описании лучшего подхода к пониманию модели Бильсона-Томпсона упоминают, что это описание преонной модели элементарных частиц позволяет охарактеризовать электроны как функции волновой природы.

Дело в том, что общее количество квантовых состояний, которыми обладают спиновые пены с когерентными фазами, также может быть описано с использованием терминов волновой функции.

В настоящее время происходят активные работы, направленные на объединение теории элементарных частичек и Т.П.К.Г.

Среди книг по петлевой квантовой гравитации найти множество информации можно, например, в трудах О. Фейрина о парадоксах квантового мира. Среди других работ стоит уделить внимание статьям Ли Смолина.

Проблематика

Статья в модифицированной версии от Бильсона-Томпсона признает, что спектр массы частиц является нерешенной проблемой, которую его модель описать не может. Также она не решает вопросы, связанные со спинами, смешиванием Кабиббо. Она требует привязки к более фундаментальной теории. Более поздние варианты статьи прибегают к описанию динамики брэдов при помощи перехода Пачнера.

В мире физики происходит постоянное противоборство: теория струн vs теория петлевой квантовой гравитации. Это два фундаментальных труда, над которыми работали и работают множество известных ученых всего мира.

Теория струн

Говоря о теории квантовой петлевой гравитации и теории струн, важно понимать, что это два абсолютно разных способа осознания устройства материи и энергии во Вселенной.

Теория струн – это «путь эволюции» физической науки, который старается изучить динамику взаимных действий не между точечными частицами, а квантовыми струнами.

Материал теории сочетает в себе идею механики квантового мира и теорию относительности. Это, вероятно, поможет человеку построить будущую теорию квантовой гравитации.

Именно ввиду формы объекта изучения эта теория старается другим способом описать основы Вселенной.

В отличие от теории квантовой петлевой гравитации, теория струн и ее основы базируются на гипотетических данных, предполагающих, что любая элементарная частица и все ее взаимодействия фундаментального характера являются следствием колебаний квантовых струн. Эти «элементы» Вселенной обладают ультрамикроскопическими размерами и в масштабах порядка длинны Планка равны 10-35 м.

Данные этой теории являются математически осмысленными довольно точно, однако найти фактические подтверждения в области экспериментов она еще не смогла. Теория струн связана с мультивселенными, которые являются интерпретацией информации в бесконечном количестве миров с разным видом и формой развития абсолютно всего.

Основа

Петлевая квантовая гравитация или теория струн? Это довольно важный вопрос, который сложно, но нужно осмыслить. Особенно это важно для физиков. Чтобы лучше понять теорию струн, важно будет кое-что знать.

Теория струн могла бы нам представить описание перехода и всех особенностей каждой фундаментальной частицы, однако это возможно лишь в том случае, если бы мы также могли экстраполировать струны в низкоэнергетическую область физики.

В подобном случае все эти частички принимали бы вид ограничений на спектр возбуждения в нелокальном одномерном объективе, которых безграничное множество. Характерной размерностью струн является крайне малое значение (порядка 10-33 м). Ввиду этого человек не способен наблюдать их в ходе экспериментов.

Аналог данного явления – это струнное колебание музыкальных инструментов. Спектральные данные, которые «образуют» струну, возможными могут быть лишь для определенной частоты. С увеличением частоты растет и энергия (накопленная от колебаний).

Если применить к этому утверждению формулу E = mc2, то можно создать описание материи, из которой состоит Вселенная. Теория постулирует, что размеры массы частицы, которые проявляют себя в виде колеблющейся струны, наблюдаются в реальном мире.

Струнная физика оставляет открытым вопрос о размерностях пространства-времени. Отсутствие дополнительных пространственных измерений в макроскопическом мире объясняется двумя путями:

  1. Компактификацией измерений, которые скручиваются до размеров, в которых они будут соответствовать порядку планковской длины;
  2. Локализацией всего количества частиц, которые образуют многомерную Вселенную на четырехмерном «листе Мира», который описывают как мультивселенную.

Квантование

В этой статье рассмотрено понятие теории петлевой квантовой гравитации для чайников. Данная тема является крайне сложной для осмысления на математическом уровне. Здесь же мы рассматриваем общее представление на основе описательного подхода. Причем по отношению к двум «противостоящим» теориям.

Чтобы осмыслить теорию струн лучше, также важно знать о существовании подхода первичного и вторичного квантования.

Вторичное квантование основывается на понятиях струнного поля, а именно на функционале для пространства петель, что похоже на квантовую теорию поля.

Формализмы первичного подхода посредством математических приемов создают описание движения пробных струн в их внешних полях. Это не сказывается отрицательным образом на взаимодействии между струнами, а также включает в себя явление распада и объединения струн.

Первичный подход – это связующее звено между струнными теориями и утверждениями обычной теорией полей на мировой поверхности.

Суперсимметрия

Самым важным и обязательным, а также реалистичным «элементом» теории струн является суперсимметрия. Общий набор частичек и взаимодействия между ними, которые наблюдаются при относительно низких энергиях, способен воспроизвести структурную составную стандартной модели практически во всем виде.

Множество свойств стандартной модели приобретает изящные объяснения в раках суперструнной теории, что также является важным аргументом для теории. Однако еще не существует принципов, которые могли бы объяснить то или иное ограничение струнных теорий.

Эти постулаты должны позволять получать форму мира, подобную стандартной модели.

Свойства

Самыми важными свойствами струнной теории являются следующие:

  1. Принципы, обуславливающие устройство Вселенной – это гравитация и механика квантового мира. Они являются компонентами, которые нельзя разделять при создании общей теории. Теория струн реализует данное предположение.
  2. Исследования множества развитых концепций ХХ века, которые позволяют нам понимать фундаментальное устройство мира, всем множеством своих принципов работы и объяснения, объединяются и вытекают из теории струн.
  3. Теория струн не обладает свободными параметрами, которые необходимо подгонять для обеспечения согласия, как, например, это требуется в стандартной модели.

В заключение

Говоря простым языком, квантовая петлевая гравитация – это один из способов восприятия реальности, который старается описать фундаментальное устройство мира на уровне элементарных частиц.

Она позволяет решать множество проблем физики, которые затрагивают вопросы организации материи, а также относится к одной из ведущих теорий во всем мире. Ее главным оппонентом является теория струн, что вполне логично, учитывая множество верных утверждений последней.

Обе теории находят свое подтверждение в различных областях исследования элементарных частиц, а попытки объединить «квантовый мир» и гравитацию по сей день продолжаются.

Источник: https://autogear.ru/article/374/939/petlevaya-kvantovaya-gravitatsiya-i-teoriya-strun/

Теорию струн и петлевую квантовую гравитацию предложили объединить

Петлевая квантовая теория

Физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер из Стокгольма посчитала двух альтернативных претендентов на «теорию всего» (теорию струн и петлевую квантовую гравитацию) сторонами одной медали. По ее мнению, в настоящее время петлевая квантовая гравитация достигла большого прогресса. Об этом ученый рассказала на страницах онлайн-издания Quanta Magazine.

Как сообщает Хоссенфельдер, расширения петлевой квантовой гравитации в высших измерениях включают в себя, подобно теории струн, суперсимметрию. Для того, чтобы петлевая квантовая гравитация не противоречила специальной теории относительности, первая, как полагает Родольфо Гамбини из Уругвая, требует введения взаимодействий, похожих на таковые в теории струн.

Герман Верлинде из Принстонского университета полагает, что петлевая квантовая гравитация может помочь достичь прогресса в понимании идеи AdS/CFT-соответствия (anti-de Sitter / conformal field theory correspondence) между конформной теорией поля и гравитацией. В своей недавней работе, как сообщает Хоссенфельдер, физик при помощи методов петлевой квантовой гравитации описал трехмерное пространство-время (в котором две координаты пространственные и одна — временная).

В настоящее время над теорией струн работают несколько тысяч физиков-теоретиков. Над петлевой квантовой гравитацией — в сотни раз меньшее число специалистов.

Большинство струнных теоретиков не воспринимают всерьез петлевую квантовую гравитацию.

Теория струн основана на предположении существования на планковских масштабах гипотетических одномерных объектов — струн, возбуждения которых интерпретируются как элементарные частицы и их взаимодействия.

Эта теория является последовательным развитием квантовой теории поля, которая в настоящее время является математическим аппаратом для современной физики элементарных частиц — Стандартной модели.

В отличие от теории струн, петлевая квантовая гравитация предполагает существование дискретной сетки пространства-времени, образованной квантовыми ячейками.

Динамика этих ячеек определяет структуру пространства-времени.

Lenta.ru

Похожие новости:

Крупнейшая научная премия досталась выходцу из России

Крупнейшая в мире научная премия — премия Мильнера или Fundamental Physics Prize (FPP) — досталась сотруднику Принстонского университета Александру Полякову, который является выходцем из России, передает в четверг «Лента.ру». Размер премии составляет 3 млн долларов. Она досталась Полякову за работы в области ..

Ученые создали модель Вселенной на основе теории суперструн

Группа из трех исследователей впервые продемонстрировала то, как в нашей Вселенной образовалось 3 пространственных измерений из десяти, девять из которых относились к пространству, а одно ко времени. Результаты были получены путем моделирования на суперкомпьютере. В теории суперструн, которую называют «теорией всего», все элементарные ..

Физики вывели квантовую механику из полевой теории струн

Американские физики-теоретики продемонстрировали возможность получения квантовомеханических соотношений из специального случая струнной теории поля (полевой теории струн). Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physics Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета Южной ..

Китай осуществит квантовую телепортацию на 1200 километров

Китайские ученые летом 2016 года проведут первый в мире эксперимент по осуществлению квантовой телепортации на расстояние более 1200 километров. Об этом сообщает Nature News.Для эксперимента ученые планируют запустить в июне 2016 года спутник. Таким образом, ..

Физики продемонстрировали надежную квантовую телепортацацию

Ученые из Нидерландов и Великобритании продемонстрировалии квантовую телепортацию между двумя кубитами, разделенными расстоянием в три метра. Краткое сообщение об исследовании доступно на сайте Делфтского технического университета в Нидерландах, а статья ученых опубликована в журнале Science.Ученым удалось передать на расстояние квантовую ..

Абелевскую премию дали за работы по гипотезам Вейля

Абелевскую премию 2013 года получил Пьер Делинь. Об этом сообщается на сайте премии, где шла прямая трансляция церемонии. Делинь получил награду за «революционный вклад в алгебраическую геометрию, который трансформировал теорию представлении, теорию чисел и многие смежные области». ..

Физики предложили объяснение трехмерности Вселенной

Физики из Великобритании, США, Германии и Португалии попробовали объяснить пространственную трехмерность наблюдаемой Вселенной и указать на возможные причины ее раннего инфляционного расширения. Препринт своего исследования авторы выложили на ресурсе arXiv.org, а кратко с ним можно ознакомиться на сайте New Scientist.Согласно выдвинутой ..

Русский ученый Владимир Леонов опровергает Хиггса

По его мнению, поиски бозона Хиггса — это напрасно потраченные время и средства — Владимир Семенович, 4 июля 2012 года ЦЕРН объявил об открытии бозона Хиггса как об исключительном научном достижении. Вы один из немногих ученых, который выступил с опровержением этого открытия. Даже ..

Физики впервые осуществили телепортацию в квантовую память

Международная группа физиков впервые продемонстрировала возможность квантовой телепортации в квантовую память по «обычному» оптическому каналу. Препринт статьи исследователей доступен на сайте arXiv.org.В качестве квантовой памяти у исследователей выступал кристалл иттриевого ортосиликата, допированный ионами неодима. ..

Физики объяснили расхождение масс частиц во Вселенной

Физики-теоретики из США и Японии предложили новое объяснение проблемы электрослабой иерархии в физике элементарных частиц. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко о них в своей колонке в онлайн-издании Physics рассказал физик Майкл Дайн из Калифорнийского ..

Найден способ проверить теорию петлевой квантовой гравитации

Петлевая квантовая гравитация может решить одну из самых крупных проблем физики: примирить между собой общую теорию относительности и квантовую механику. Но подобно другим умозрительным теориям квантовой гравитации, петлевая квантовая гравитация еще не была проверена экспериментально. ..

Стивен Хокинг предложил новое описание черных дыр

Физики-теоретики Стивен Хокинг, Малкольм Перри и Эндрю Строминжер предложили расширить классическое описание черных дыр. Препринт статьи имеется в распоряжении редакции «Ленты.ру».В рамках формализма Арновитта-Дезера-Мизнера, популярного при попытках квантового рассмотрения пространства-времени вблизи черных дыр, ..

Физики продемонстрировали работу квантового переключателя

Физики Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Михаила Лукина придумали квантовые переключатели, управлять работой которых можно единичными фотонами. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Гарвардского университета. В ..

«Нанобарабан» приблизили к квантовому пределу усиления

Физики из университетов Аалто и Ювяскюля (Финляндия) разработали квантовыйусилитель микроволнового излучения, способный функционировать с уровнем шума,близким к квантовому пределу. Коэффициент усиления прибора достигает 41децибелла (12,5 тысяч раз), при этом добавка квантового шума превышалаквантовый предел (полкванта) ..

Ученые впервые получили металлический водород

Ученым из Германии и США удалось сжать до состояния металла жидкий дейтерий (изотоп водорода).Это новый шаг на пути к созданию твердого металлического водорода, сообщается в журналеScience.В 1935 году Хиллард Хантингтон и Юджин Вигнер выдвинули теорию, по которой для получения металлического водорода ..

Источник: https://texnomaniya.ru/teoriyu-strun-i-petlevuyu-kvantovuyu-gravitaciyu-predlozhili-obedinit

Петлевая квантовая теория

Петлевая квантовая теория

Определение 1

Петлевая квантовая теория представляет собой знание о петлевой гравитации квантов. Основателями ее были такие ученые, как Т. Джекобсон, К. Ровелли, А. Аштекар и Л. Смолин.

Согласно данной теории, время и пространство состоят из дискретных квантовых ячеек, соединенных определенным образом между собой. Это позволяет им создавать дискретную структуру на незначительных масштабах времени, а на больших временное пространство становится уже непрерывным.

Таким образом, пространство складывается из очень маленьких ячеек, плавно соединенных друг с другом, формируя для нас окружающее пространство. В моменты образования этими связками узлов и сплетений формируются элементарные частицы.

Благодаря петлевой квантовой гравитации, ученым удалось выяснить факт исчезновения начальной сингулярности под воздействием квантовых эффектов. Таким образом, Большой взрыв перестает быть завесой тайны, за которую нельзя заглянуть. Наука позволяет теперь посмотреть на события, происходившие во Вселенной до него.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Главными объектами в петлевой квантовой теории выступают особые ячейки пространства, чьим состоянием и поведением управляет определенное поле, существующее в них. Его величина становится для таких ячеек так называемым «внутренним временем». Иными словами, переход от слабого поля к более сильному предполагает существование «прошлого», способного воздействовать на определенное «будущее».

Следовательно, теория приравнивает пространство атомам: получаемые при определении объема числа формируют дискретный набор, что позволяет объему изменяться отдельными порциями. Это, в свою очередь, лишает пространство непрерывности и допускает идею его существования в формате неких квантовых единиц объема и площади.

Специфика петлевой квантовой теории

В случае описания квантово-механических явлений ученые-физики вычисляют показатели вероятности различных процессов, которые происходят при определенных обстоятельствах. То же самое происходит при задействовании теории петлевой квантовой гравитации в целях описания изменений геометрии пространства либо перемещения полей и частиц в спиновой сети.

Замечание 1

Точные выражения с целью определения показателя квантовой вероятности шагов спиновой сети удалось вывести ученому Томасу Тиманну. Конечным результатом таких вычислений стало возникновение четкой методики по вычислению вероятности какого-либо процесса, чье происхождение вероятно в этом мире в рамках подчинения законам вышеуказанной теории.

Теория относительности предполагает неотделимость времени и пространства друг от друга и существование их в формате единого временного пространства. Введение концепции временного пространства в петлевую квантовую теорию, спиновые сети, которые представляют пространство, становятся так называемой «спиновой пеной».

При включении еще одного показателя измерения — времени – происходит расширение линий спиновой сети и превращение их в двумерные поверхности, при этом наблюдается рассасывание узлов в линии.

Переходы, провоцирующие изменение спиновой сети, теперь представлены в форме специальных узлов, внутри которых происходит объединение линий пены.

Мгновенный снимок происходящего процесса визуально схож с изображением поперечного среза временного пространства.

Аналогичный срез спиновой пены является спиновой сетью, но не стоит при этом заблуждаться относительно перемещений плоскости среза в непрерывном режиме, аналогично плавному потоку времени. Подобно процессу определения пространства в виде дискретной геометрии спиновой сети, время будет задаваться как последовательность отдельных шагов, перестраиваемых сетью.

Таким образом, можно сделать определенные выводы:

  1. О дискретности времени, то есть, оно не течет, подобно реке, а более напоминает тикающие часы, интервал между тиками которых приблизительно равен времени Планка. Иными словами, время во Вселенной отмеряется мириадами часов: в той области, где в спиновой пене осуществляется квантовый шаг, часы производят один «тик».
  2. Петлевая квантовая гравитация способствует характерным предсказаниям новых событий и явлений. Фактически, она считается полностью совместимой с постулатом и трехмерности мира и одном временном измерении.
  3. Являясь совместимой с широким диапазоном различных версий относительно содержащейся в мире материи, она не требует наличия симметрий, размерностей или степени свободы, за исключением исследуемых учеными.

В то же время имеются версии петлевой квантовой гравитации, включающие суперсимметрию распространение многих результатов на более высокие размерности.

По этой причине, при возникновении указаний на присутствие суперсимметрии либо на высшие размерности, для петлевой квантовой теории проблем не возникает.

Вместо этого, предположения петлевой гравитации квантов будут относиться к структуре пространства на очень незначительных расстояниях.

Таким образом, петлевая квантовая гравитация предполагает присутствие в действительности гладкой картины временного пространства классической ОТО только в виде результата усреднения дискретной структуры, внутри которой области и поверхности могут обладать исключительно определенными дискретными квантованными значения объемов и площадей.

Замечание 2

Петлевая квантовая гравитация позволяет получить специфические предположения для дискретной геометрии квантов (речь идет о коротких дистанциях). Более того, такие предположения начинают формироваться на базе первых принципов, а следовательно, они исключают в себе элементы подгонки.

В этом смысле подходы в петлевой квантовой гравитации имеют определенные отличия в сравнении с другими подходами, постулирующими некую форму дискретной структуры в формате стартовой позиции и без выведения ее в виде следствия объединения ОТО с квантовой теорией.

Различия между теорией струн и теорией петлевой квантовой гравитации

Ученые отмечают принципиальные отличия петлевой квантовой теории от других теорий. В частности, — теории суперструн. В последней главными объектами выступают многомерные мембраны и струны, перемещающиеся в изначально подготовленном для них времени и пространстве. При этом факторы возникновения этого многомерного пространства данная теория называть не позволяет.

Вышеуказанные теории в своей основе используют одномерные протяженные объекты, соответствующие по своей дуальности потоку линий калибровочного квантованного поля. Их отличия наблюдаются по трем соотношениям:

  1. Струны рассматриваются со свойством перемещения в классическом формате, что характеризуется зафиксированным выбором метрики и прочих классических полей. Существование петель при этом допускается к рассмотрению на более фундаментальном уровне, где отсутствуют другие поля и классическая метрика.
  2. Калибровочное поле в случае с петлями рассматривается в формате калибрующей области всех лоренцевых преобразований или только некоторой их части. При открытых струнах такое поле же будет соответствовать полю Янга-Миллса.
  3. Петлевая квантовая гравитация допускает квантование без соответствующих предположений. В действительности, поскольку глобальная лоренцева инвариантность не представляет собой симметрию классической ОТО, то она не может допускаться к рассмотрению и в случаях любого точного квантования данной теории.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kvantovaya_teoriya/petlevaya_kvantovaya_teoriya/

Booksm
Добавить комментарий