Teoria cuantică în buclă a gravitației. Teoria cuantică a gravitației
Fondatorii „teoriei cuantice bucle a gravitației” în anii 80 ai secolului XX sunt Lee Smolin, Abhay Ashtekar, Ted Jacobson și Carlo Rovelli. Conform acestei teorii, spațiul și timpul constau de fapt din părți discrete. Aceste celule cuantice mici ale spațiului sunt conectate între ele într-un anumit fel, astfel încât la scară mică de timp și lungime ele creează o structură pestriță, discretă a spațiului, iar la scară mare se transformă lin în spațiu-timp continuu neted. În timp ce multe modele cosmologice pot descrie comportamentul Universului doar din timpul Planck după Big Bang, gravitația cuantică în buclă poate descrie procesul de explozie în sine și chiar poate privi mai în urmă. Dar se pune problema alegerii coordonatelor. Este posibil să se formuleze teoria generală a relativității (GTR) într-o formă fără coordonate, de exemplu, folosind forme externe, cu toate acestea, vom efectua calcule ale formei Riemann 4 într-o metrică specifică. Lubos Motl, unul dintre cei mai activi și plini de spirit propagandisti ai teoriei corzilor, a exprimat acest lucru în așa fel încât să vorbim, de exemplu, despre „independența de fundal” a propagatorului rețelei de spin a teoriei buclei gravitaționale, fără a indica o singură stare. la fel ca și calculul seriei Taylor într-un punct x 0 fără a specifica x 0 .
Gravitația buclei și fizica particulelor
Unul dintre avantajele teoriei cuantice bucle a gravitației este naturalețea cu care explică Modelul standard al fizicii particulelor.
Astfel, Bilson-Thompson și coautorii săi au sugerat că teoria gravitației cuantice în buclă ar putea reproduce modelul standard unificând automat toate cele patru forțe fundamentale. În același timp, cu ajutorul preonilor, prezentați sub formă de brad (țesături din spațiu-timp fibros), a fost posibilă construirea unui model de succes al primei familii de fermioni fundamentali (quarci și leptoni) cu o mai mare sau mai mare măsură. reproducerea mai puțin corectă a taxelor și parităților lor.
Lucrarea originală Bilson-Thompson a sugerat că fermionii fundamentali din a doua și a treia familii ar putea fi reprezentați ca brad mai complexe și că fermionii din prima familie au fost reprezentați ca fiind cei mai simple brad posibil, deși nu au fost date reprezentări specifice ale bradurilor complexe. . Se crede că sarcinile electrice și de culoare, precum și paritatea particulelor aparținând familiilor de rang superior, ar trebui obținute exact în același mod ca și pentru particulele din prima familie.
Utilizarea metodelor de calcul cuantic a făcut posibil să se arate că particulele de acest fel sunt stabile și nu se degradează sub influența fluctuațiilor cuantice.
Structurile tip panglică din modelul Bilson-Thompson sunt reprezentate ca entități care constau din aceeași materie ca spațiu-timp însuși. Deși lucrările Bilson-Thompson arată cum se pot obține fermionii și bosonii din aceste structuri, întrebarea cum ar putea fi obținut bosonul Higgs folosind brading nu este discutată în ele.
L. Freidel, J. Kowalski-Glikman și A. Starodubtsev în lucrarea lor din 2006 au sugerat că particulele elementare pot fi reprezentate folosind liniile Wilson ale unui câmp gravitațional, ceea ce implică faptul că proprietățile particulelor (masa, energia și spinul lor) pot corespunde cu proprietățile buclelor Wilson - obiectele de bază ale teoriei gravitației cuantice bucle. Această lucrare poate fi văzută ca un suport teoretic suplimentar pentru modelul preon Bilson–Thompson.
Folosind formalismul modelului de spumă spin, care este direct legat de teoria gravitației cuantice bucle și bazat numai pe principiile inițiale ale acestuia din urmă, este, de asemenea, posibil să se reproducă și alte particule ale modelului standard, cum ar fi fotonii, gluoni și gravitoni - independent de schema Brad Billson-Thompson pentru fermioni. Cu toate acestea, din 2006, nu a fost încă posibil să se construiască modele helon folosind acest formalism. Modelul helon nu conține brad care ar putea fi folosiți pentru construirea bosonului Higgs, dar în principiu acest model nu neagă posibilitatea existenței acestui boson sub forma unui fel de sistem compozit. Bilson-Thompson observă că, deoarece particulele cu mase mai mari au în general o structură internă mai complexă (inclusiv răsucirea bradurilor), această structură poate fi legată de mecanismul de formare a masei. De exemplu, în modelul Bilson-Thompson, structura unui foton cu masă zero corespunde cu brads nerăsuciți. Cu toate acestea, rămâne neclar dacă modelul fotonic obținut în cadrul formalismului spumei de spin corespunde fotonului Bilson-Thompson, care în modelul său constă din trei panglici nerăsucite (este posibil ca mai multe versiuni ale modelului de fotoni să poată fi construite în spuma de spin. formalism).
Inițial, conceptul de „preon” a fost folosit pentru a desemna subparticulele punctuale incluse în structura fermionilor cu semi-spin (leptoni și quarci). După cum sa menționat deja, utilizarea particulelor punctiforme duce la paradoxul masei. În modelul Bilson-Thompson, panglicile nu sunt structuri punctuale „clasice”. Bilson-Thompson folosește termenul „preon” pentru a menține continuitatea în terminologie, dar cu acest termen se referă la o clasă mai largă de obiecte care sunt componente ale structurii quarcilor, leptonilor și bosonilor gauge.
Important pentru înțelegerea abordării Bilson-Thompson este că în modelul său preon, particulele elementare, cum ar fi electronul, sunt descrise în termeni de funcții de undă. Suma stărilor cuantice ale unei spume spin care are faze coerente este, de asemenea, descrisă în termeni de funcție de undă. Prin urmare, este posibil ca folosind formalismul spumei spin să se obțină funcții de undă corespunzătoare particulelor elementare (fotoni și electroni). În prezent, combinarea teoriei particulelor elementare cu teoria gravitației cuantice în buclă este un domeniu foarte activ de cercetare.
În octombrie 2006, Bilson-Thompson și-a modificat lucrarea, menționând că, deși modelul său a fost inspirat de modele preon, nu este preon în sensul strict al cuvântului, astfel încât diagramele topologice din modelul său preon sunt probabil folosite în alte teorii fundamentale. , cum ar fi, de exemplu, teoria M. Restricțiile teoretice impuse modelelor preon nu sunt aplicabile modelului său, deoarece în el proprietățile particulelor elementare nu provin din proprietățile subparticulelor, ci din conexiunile acestor subparticule între ele (brads). Într-o versiune modificată a lucrării sale, Bilson-Thompson admite că problemele nerezolvate din modelul său rămân spectrul de masă al particulelor, spinurile, amestecarea Cubbibo și necesitatea de a lega modelul său de teorii mai fundamentale. O posibilitate este, de exemplu, „încorporarea” preonilor în teoria M sau în teoria gravitației cuantice în buclă.
O versiune ulterioară a articolului descrie dinamica brads folosind mișcările Pachner.
Surse și ilustrații
Literatură
- Trei drumuri către gravitația cuantică. Lee Smolin. Cărți de bază, 2001.
- Cuantumul zonei? Ioan Baez. Natura, vol.421, pp. 702-703; februarie 2003.
- Cât de departe suntem de teoria cuantică a gravitației? Lee Smolin. martie 2003. Preprint
- Bun venit la Quantum Gravity. Secţiune specială, Lumea Fizicăi, Vol.16, Nr.11, pp. 27-50; noiembrie 2003.
- Gravitație cuantică în buclă. Lee Smolin.
Note
p·o·r Teorii ale gravitației |
|||
| Teorii standard ale gravitației | Teorii alternative ale gravitației | Teorii cuantice ale gravitației | Teorii unificate de câmp |
|---|---|---|---|
Fizica clasică
Principii
| Clasic
Relativistă
| ||
Gravitația cuantică în buclă - ce este? Aceasta este întrebarea pe care o vom lua în considerare în acest articol. Pentru început, îi vom defini caracteristicile și informațiile faptice, apoi ne vom familiariza cu adversarul său - teoria corzilor, pe care o vom lua în considerare într-o formă generală pentru înțelegerea și interrelația cu gravitația cuantică în buclă.
Introducere
Una dintre teoriile care descriu gravitația cuantică este un set de date despre gravitația în buclă la nivelul cuantic de organizare a Universului. Aceste teorii se bazează pe conceptul de discretitate atât a timpului, cât și a spațiului pe scara Planck. Permite realizarea ipotezei unui Univers pulsatoriu.
Lee Smolin, T. Jacobson, C. Rovelli și A. Ashtekar sunt fondatorii teoriei gravitației cuantice în buclă. Formarea sa a început în anii 80. secolul XX. În conformitate cu afirmațiile acestei teorii, „resursele” - timp și spațiu - sunt sisteme de fragmente discrete. Ele sunt descrise ca celule de dimensiuni cuante care sunt ținute împreună într-un mod special. Cu toate acestea, ajungând la dimensiuni mari, observăm o netezire a spațiu-timpului, și ni se pare continuă.
Gravitația în buclă și particulele universului
Una dintre cele mai izbitoare „trăsături” ale teoriei gravitației cuantice în buclă este capacitatea sa naturală de a rezolva anumite probleme din fizică. Ne permite să explicăm multe întrebări legate de modelul standard al fizicii particulelor elementare.
În 2005, a fost publicat un articol de S. Bilson-Thompson, care a propus un model cu un Rishon Harari transformat, care a luat forma unui obiect panglică extins. Acesta din urmă se numește panglică. Potențialul estimat sugerează că ar putea explica motivul organizării independente a tuturor subcomponentelor. La urma urmei, acest fenomen este cel care provoacă încărcarea culorii. Modelul preon anterior a considerat particulele punctuale drept elementul său de bază. Sarcina de culoare ar putea fi postulată. Acest model ne permite să descriem sarcinile electrice ca o entitate topologică, care poate apărea în cazul răsucirii panglicii.
Al doilea articol al acestor coautori, publicat în 2006, este o lucrare la care au participat și L. Smolin și F. Markopolou. Oamenii de știință au prezentat ipoteza că toate teoriile gravitației cu bucle cuantice, incluse în clasa buclei, afirmă că în ele spațiul și timpul sunt stări excitate de cuantizare. Aceste stări pot acționa ca preoni care dau naștere modelului standard cunoscut. Aceasta, la rândul său, determină apariția proprietăților teoriei.
Cei patru oameni de știință au sugerat, de asemenea, că teoria gravitației buclei cuantice este capabilă să reproducă modelul standard. Leagă automat cele patru forțe fundamentale împreună. În această formă, conceptul de „brad” (spațiu-timp fibros împletit) se referă aici la conceptul de preoni. Bradurile sunt cele care fac posibilă recrearea modelului corect de la reprezentanții „primei generații” de particule, care se bazează pe fermioni (quarci și leptoni) cu metode predominant corecte pentru recrearea sarcinii și parității fermionilor înșiși.
Bilson-Thompson a presupus că fermionii din „seria” fundamentală a generațiilor a 2-a și a 3-a pot fi reprezentați sub forma acelorași brad, dar cu o structură mai complexă. Fermionii din prima generație sunt reprezentați aici de cele mai simple brads. Cu toate acestea, este important de știut aici că ideile specifice despre complexitatea structurii lor nu au fost încă prezentate. Se crede că sarcinile de culoare și tipurile electrice, precum și „statutul” parității particulelor din prima generație, sunt formate exact în același mod ca și în celelalte. După ce aceste particule au fost descoperite, au fost efectuate multe experimente pentru a crea efecte asupra lor prin fluctuații cuantice. Rezultatele finale ale experimentelor au arătat că aceste particule sunt stabile și nu se dezintegrează.
Structura benzii
Deoarece aici luăm în considerare informații despre teorii fără a folosi calcule, putem spune că aceasta este gravitația cuantică în buclă „pentru manechin”. Și nu se poate face fără a descrie structurile panglicii.
Entitățile, în care materia este reprezentată de aceleași „lucruri” ca și spațiu-timp, este o reprezentare descriptivă generală a modelului pe care ni l-a prezentat Bilson-Thompson. Aceste entități sunt structurile tip panglică ale unei caracteristici descriptive date. Acest model ne arată cum se produc fermionii și cum se formează bosonii. Cu toate acestea, nu răspunde la întrebarea cum poate fi obținut bosonul Higgs folosind branding.
L. Freidel, J. Kowalski-Glickman și A. Starodubtsev în 2006 într-un articol au sugerat că liniile Wilson ale câmpurilor gravitaționale pot descrie particulele elementare. Aceasta implică faptul că proprietățile posedate de particule sunt capabile să corespundă parametrilor calitativi ai buclelor Wilson. Acestea din urmă, la rândul lor, sunt obiectul de bază al gravitației cuantice bucle. Aceste studii și calcule sunt, de asemenea, considerate ca o bază suplimentară pentru sprijinul teoretic care descrie modelul Bilson-Thompson.
Folosirea formalismului modelului de spumă spin, care este direct legat de teoria studiată și analizată în acest articol (T.P.K.G.), precum și bazarea pe setul inițial de principii ale acestei teorii a gravitației cu bucle cuantice, face posibilă reproducerea unele particule din Modelul Standard, pe care nu le-au putut obține înainte. Acestea erau particule fotonice, de asemenea gluoni și gravitoni.
Există și un model de geloni, în care bradurile nu sunt considerate din cauza absenței lor ca atare. Dar modelul în sine nu oferă o modalitate exactă de a nega existența lor. Avantajul său este că putem descrie bosonul Higgs ca un fel de sistem compozit. Acest lucru se explică prin prezența unor structuri interne mai complexe în particule cu o masă mare. Având în vedere răsucirea bradurilor, avem dreptul să presupunem că această structură se poate referi la mecanismul creației în masă. De exemplu, forma modelului Bilson-Thompson, care descrie fotonul ca o particulă cu masă zero, corespunde stării bradului într-o stare nerăsucită.
Înțelegerea abordării Billson-Thompson
În prelegerile despre gravitația cu buclă cuantică, atunci când descriu o abordare mai bună pentru înțelegerea modelului Bilson-Thompson, ei menționează că această descriere a modelului preon al particulelor elementare permite ca electronii să fie caracterizați ca funcții de natură ondulatorie. Faptul este că numărul total de stări cuantice deținute de spume de spin cu faze coerente poate fi descris și folosind termenii În prezent, se lucrează activ care vizează unificarea teoriei particulelor elementare și T.P.K.G.
Printre cărțile despre gravitația cuantică în buclă, puteți găsi o mulțime de informații, de exemplu, în lucrările lui O. Feirin despre paradoxurile lumii cuantice. Printre alte lucrări, merită să acordați atenție articolelor lui Lee Smolin.
Probleme
Versiunea modificată de la Bilson-Thompson recunoaște că spectrul de masă al particulelor este o problemă nerezolvată pe care modelul său nu o poate descrie. De asemenea, nu rezolvă problemele legate de rotiri, amestecarea Cabibbo. Este nevoie de o conexiune cu o teorie mai fundamentală. Versiunile ulterioare ale articolului recurg la descrierea dinamicii brads folosind tranziția Puchner.
Există o confruntare constantă în lumea fizicii: teoria corzilor vs teoria gravitației cuantice în buclă. Acestea sunt două lucrări fundamentale la care au lucrat și lucrează mulți oameni de știință celebri din întreaga lume.
Teoria corzilor
Când vorbim despre teoria gravitației cu bucle cuantice și teoria corzilor, este important să înțelegem că acestea sunt două moduri complet diferite de a înțelege structura materiei și energiei din Univers.
Teoria corzilor este „calea de evoluție” a științei fizice, care încearcă să studieze dinamica acțiunilor reciproce nu între particulele punctuale, ci între șirurile cuantice. Materialul teoriei combină ideea de mecanică a lumii cuantice și teoria relativității. Acest lucru va ajuta probabil oamenii să construiască o viitoare teorie a gravitației cuantice. Tocmai din cauza formei obiectului de studiu, această teorie încearcă să descrie fundamentele Universului într-un mod diferit.
Spre deosebire de teoria gravitației cu bucle cuantice, teoria corzilor și fundamentele sale se bazează pe date ipotetice care sugerează că orice particulă elementară și toate interacțiunile sale de natură fundamentală sunt o consecință a vibrațiilor corzilor cuantice. Aceste „elemente” ale Universului au dimensiuni ultramicroscopice și, pe scări de ordinul lungimii Planck, sunt egale cu 10 -35 m.
Datele acestei teorii sunt destul de precise din punct de vedere matematic, dar încă nu a reușit să găsească o confirmare reală în domeniul experimentelor. Teoria corzilor este asociată cu multiversurile, care sunt interpretarea informațiilor într-un număr infinit de lumi cu un alt tip și formă de dezvoltare a absolut tot.
Baza
Gravitația cuantică în buclă sau Aceasta este o întrebare destul de importantă care este dificilă, dar trebuie înțeleasă. Acest lucru este deosebit de important pentru fizicieni. Pentru a înțelege mai bine teoria corzilor, va fi important să știți câteva lucruri.
Teoria corzilor ne-ar putea oferi o descriere a tranziției și a tuturor trăsăturilor fiecărei particule fundamentale, dar acest lucru este posibil doar dacă am putea extrapola șiruri în regiunea de energie scăzută a fizicii. Într-un astfel de caz, toate aceste particule ar lua forma unor restricții asupra spectrului de excitație într-o lentilă unidimensională nelocală, dintre care există un număr infinit. Dimensiunea caracteristică a coardelor este o valoare extrem de mică (aproximativ 10 -33 m). Din acest motiv, o persoană nu este capabilă să le observe în timpul experimentelor. Un analog al acestui fenomen este vibrația corzilor instrumentelor muzicale. Datele spectrale care „formează” șirul pot fi posibile doar pentru o anumită frecvență. Pe măsură ce frecvența crește, crește și energia (acumulată din vibrații). Dacă aplicăm formula E = mc 2 acestei afirmații, atunci putem crea o descriere a materiei care alcătuiește Universul. Teoria postulează că dimensiunea masei unei particule, care se manifestă ca o coardă vibrantă, este observată în lumea reală.
Fizica corzilor lasă deschisă problema dimensiunilor spațiu-timpului. Absența dimensiunilor spațiale suplimentare în lumea macroscopică este explicată în două moduri:
- Compactarea dimensiunilor care sunt răsucite la dimensiuni în care acestea vor corespunde ordinului lungimii Planck;
- Localizarea întregului număr de particule care formează Universul multidimensional pe o „coală a lumii” cu patru dimensiuni, care este descrisă ca un multivers.
Cuantizarea
Acest articol acoperă conceptul de teoria gravitației cuantice în buclă pentru manechine. Acest subiect este extrem de greu de înțeles la nivel matematic. Aici luăm în considerare o viziune generală bazată pe o abordare descriptivă. Mai mult, în raport cu două teorii „opuse”.
Pentru a înțelege mai bine teoria corzilor, este, de asemenea, important să cunoaștem existența abordării cuantizării primare și secundare.
Cuantificarea secundară se bazează pe concepte de câmp de șiruri, și anume o funcțională de spațiu buclă, care este similară cu teoria câmpului cuantic. Formalismele abordării primare creează o descriere a mișcării șirurilor de test în câmpurile lor externe folosind tehnici matematice. Acest lucru nu afectează negativ interacțiunea dintre șiruri și include, de asemenea, fenomenul de dezintegrare și unificare a șirurilor. Abordarea principală este o legătură între teoriile corzilor și afirmațiile teoriei câmpurilor obișnuite de pe suprafața lumii.
Supersimetrie
Cel mai important și necesar, precum și realist, „element” al teoriei corzilor este supersimetria. Setul general de particule și interacțiunile dintre ele, care sunt observate la energii relativ scăzute, este capabil să reproducă compoziția structurală a modelului standard în aproape întreaga sa formă. Multe proprietăți ale modelului standard dobândesc explicații elegante în ceea ce privește teoria superstringurilor, care este, de asemenea, un argument important pentru teorie. Cu toate acestea, nu există încă principii care ar putea explica cutare sau cutare limitare a teoriilor corzilor. Aceste postulate ar trebui să ne permită să obținem o formă de lume similară cu modelul standard.
Proprietăți
Cele mai importante proprietăți ale teoriei corzilor sunt următoarele:
- Principiile care determină structura Universului sunt gravitația și mecanica lumii cuantice. Sunt componente care nu pot fi separate atunci când se creează o teorie generală. Teoria corzilor implementează această presupunere.
- Studiile multor concepte dezvoltate ale secolului al XX-lea, care ne permit să înțelegem structura fundamentală a lumii, cu toate principiile și explicațiile lor de funcționare, sunt combinate și decurg din teoria corzilor.
- Teoria șirurilor nu are parametri liberi care trebuie ajustați pentru a asigura acordul, așa cum, de exemplu, se cere în modelul standard.
In cele din urma
În termeni simpli, gravitația în buclă cuantică este una dintre modalitățile de percepere a realității, care încearcă să descrie structura fundamentală a lumii la nivelul particulelor elementare. Vă permite să rezolvați multe probleme din fizică care afectează organizarea materiei și este, de asemenea, una dintre cele mai importante teorii din întreaga lume. Principalul său adversar este teoria corzilor, ceea ce este destul de logic, având în vedere numeroasele afirmații adevărate ale acesteia din urmă. Ambele teorii sunt confirmate în diferite domenii ale cercetării particulelor elementare, iar încercările de a combina „lumea cuantică” și gravitația continuă până în prezent.
Se referă la „Teoria Universului”Teoria gravitației cuantice în buclă
Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang și de unde a venit timpul?
În teoria gravitației cuantice, spațiul neted și continuu cu care suntem obișnuiți la scară ultra-mică se dovedește a fi o structură cu o geometrie foarte complexă.(imagine de pe www.aei.mpg.de)
Întrebările din titlu nu sunt de obicei discutate de fizicieni, deoarece nu există o teorie general acceptată capabilă să le răspundă. Cu toate acestea, recent, în cadrul gravitației cuantice în buclă, a fost încă posibil să urmărim evoluția unui model simplificat al Universului înapoi în timp, chiar până în momentul Big Bang, și chiar să privim dincolo de acesta. Pe parcurs, a devenit clar cum apare timpul în acest model.
Observațiile Universului arată că, chiar și la cele mai mari scale, acesta nu este deloc staționar, ci evoluează în timp. Dacă, pe baza teoriilor moderne, urmărim această evoluție înapoi în timp, se dovedește că partea observabilă în prezent a Universului era anterior mai fierbinte și mai compactă decât acum și a început cu Big Bang - un anumit proces al apariția Universului dintr-o singularitate: o situație specială pentru care nu se aplică legile fizicii moderne.
Fizicienii nu sunt mulţumiţi de această stare de fapt: vor să înţeleagă şi procesul în sine Big bang. De aceea se fac acum numeroase încercări de a construi o teorie care să fie aplicabilă acestei situații. Deoarece gravitația a fost cea mai importantă forță în primele momente de după Big Bang, se crede că atingerea acestui obiectiv este posibilă numai în cadrul unui plan încă nedezvoltat. teoria cuantică a gravitației.
La un moment dat, fizicienii sperau că gravitația cuantică va fi descrisă folosind teoria superstringurilor, dar criza recentă a teoriilor superstringurilor a zdruncinat această încredere. În această situație, alte abordări ale descrierii fenomenelor cuantico-gravitaționale au început să atragă mai multă atenție și, în special, gravitație cuantică în buclă.
În cadrul gravitației cuantice în buclă a fost obținut recent un rezultat foarte impresionant. Se pare că din cauza efectelor cuantice singularitatea initiala dispare. Big Bang-ul încetează să mai fie un punct special și este posibil nu numai să-și urmărească cursul, ci și să cercetăm ce s-a întâmplat înainte de Big Bang. Un rezumat al acestor rezultate a fost publicat recent în A. Ashtekar, T. Pawlowski, P. Singh, Physical Review Letters, 96, 141301 (12 aprilie 2006), disponibil și ca gr-qc/0602086, iar derivarea lor detaliată este raportată în zilele trecute un preprint de aceiași autori gr-qc/0604013.
Gravitația cuantică în buclă este fundamental diferită de teoriile fizice convenționale și chiar de teoria superstringurilor. Obiectele teoriei supercordurilor, de exemplu, sunt diverse corzi și membrane multidimensionale, care, totuși, zboară în interior. semipreparate pentru ei spatiu si timp. Întrebarea cum a apărut exact acest spațiu-timp multidimensional nu poate fi rezolvată într-o astfel de teorie.
În teoria buclei gravitaționale, obiectele principale sunt mici celule cuantice ale spațiului, conectate între ele într-un anumit fel. Legea conexiunii lor și a stării lor este controlată de un anumit domeniu care există în ei. Valoarea acestui câmp este pentru aceste celule un anumit „ timp intern„: trecerea de la un câmp slab la un câmp mai puternic arată exact ca și cum ar exista un fel de „trecut” care ar influența un fel de „viitor”. Această lege este concepută în așa fel încât, pentru un univers suficient de mare, cu o concentrație scăzută de energie și (adică departe de singularitate), celulele par să se „fuzioneze” între ele, formând spațiul-timp „solid” asta ne este familiar.
Autorii articolului susțin că toate acestea sunt deja suficiente pentru a rezolva problema a ceea ce se întâmplă cu Universul pe măsură ce se apropie de singularitate. Soluțiile ecuațiilor pe care le-au obținut au arătat că la „compresia” extremă a universului, spațiul „se împrăștie”, geometria cuantică nu permite ca volumul acestuia să fie redus la zero, are loc inevitabil o oprire și expansiunea începe din nou. Această secvență de stări poate fi urmărită atât înainte, cât și înapoi în „timp”, ceea ce înseamnă că în această teorie, înainte de Big Bang, există inevitabil un „Big Bang” - prăbușirea universului „anterior”. Mai mult, proprietățile acestui univers anterior nu se pierd în procesul de colaps, ci sunt transferate fără ambiguitate Universului nostru.
Calculele descrise se bazează, totuși, pe câteva ipoteze simplificatoare despre proprietățile câmpului universal. Aparent, concluziile generale se vor menține chiar și fără astfel de presupuneri, dar acest lucru trebuie încă verificat. Va fi extrem de interesant de urmărit dezvoltarea ulterioară a acestor idei.
Atomi ai spațiului și timpului
© Lee Smolin
„În lumea științei”, aprilie 2004
Lee Smolin
Dacă teoria uimitoare a gravitației cuantice în buclă este corectă, atunci spațiul și timpul, pe care le percepem ca fiind continue, sunt de fapt formate din particule discrete.
Din cele mai vechi timpuri, unii filozofi și oameni de știință au sugerat că materia ar putea fi formată din atomi minusculi, dar până acum 200 de ani puțini credeau că existența lor ar putea fi dovedită. Astăzi observăm atomi individuali și studiem particulele care îi alcătuiesc. Structura granulară a materiei nu mai este o știre pentru noi.
În ultimele decenii, fizicienii și matematicienii și-au pus întrebarea: spațiul este format din părți discrete? Este într-adevăr continuă sau este mai degrabă ca o bucată de material țesut din fibre individuale? Dacă am putea observa obiecte extrem de mici, am vedea atomi ai spațiului, particule minuscule indivizibile de volum? Dar cum rămâne cu timpul: schimbările în natură au loc fără probleme sau lumea se dezvoltă în salturi mici, acționând ca un computer?
În ultimii 16 ani, oamenii de știință s-au apropiat semnificativ de răspunsul la aceste întrebări. Conform unei teorii cu denumirea ciudată de „gravitație cuantică în buclă”, spațiul și timpul constau într-adevăr din părți discrete. Calculele efectuate în cadrul acestui concept pictează o imagine simplă și frumoasă care ne ajută să explicăm fenomenele misterioase asociate găurilor negre și Big Bang-ului. Dar principalul avantaj al teoriei menționate este că în viitorul apropiat previziunile sale pot fi verificate experimental: vom detecta atomii spațiului dacă aceștia există cu adevărat.
Quanta
Împreună cu colegii mei, am dezvoltat teoria gravitației cuantice în buclă (LQG), încercând să dezvoltăm teoria cuantică mult așteptată a gravitației. Pentru a explica importanța extremă a acestuia din urmă și relația sa cu discretitatea spațiului și timpului, trebuie să vorbesc puțin despre teoria cuantică și teoria gravitației.
Apariția mecanicii cuantice în primul sfert al secolului al XX-lea. a fost asociat cu dovada că materia este formată din atomi. Ecuațiile cuantice necesită ca anumite cantități, cum ar fi energiile unui atom, să poată lua doar anumite valori discrete. Mecanica cuantică descrie cu precizie proprietățile și comportamentul atomilor, particulelor elementare și forțele care le leagă. Cea mai de succes teorie cuantică din istoria științei stă la baza înțelegerii noastre despre chimie, fizica atomică și subatomică, electronică și chiar biologie.
În aceleași decenii ca și mecanica cuantică, Albert Einstein a dezvoltat teoria generală a relativității, care este o teorie a gravitației. Potrivit acesteia, forța gravitației apare ca urmare a îndoirii spațiului și timpului (care împreună formează spațiu-timp) sub influența materiei. 
Imaginează-ți o minge grea așezată pe o foaie de cauciuc și o minge mică care se rostogolește lângă cea mare. Bilele pot fi considerate ca Soare și Pământ, iar frunza ca spațiu. Bila grea creează o depresiune în foaia de cauciuc, de-a lungul pantei căreia bila mai mică se rostogolește spre cea mai mare, ca și cum o oarecare forță - gravitația - o trage în această direcție. În același mod, orice materie sau o grămadă de energie distorsionează geometria spațiului-timp, atrăgând particule și raze de lumină; Acest fenomen este ceea ce numim gravitație.
Separat, mecanica cuantică și teoria generală a relativității a lui Einstein au fost verificate experimental. Cu toate acestea, un caz în care ambele teorii ar putea fi testate simultan nu a fost niciodată explorat. Faptul este că efectele cuantice sunt vizibile doar la scară mică și, pentru ca efectele relativității generale să devină vizibile, sunt necesare mase mari. Este posibil să combinați ambele condiții numai în anumite circumstanțe extraordinare.
Pe lângă lipsa datelor experimentale, există o problemă conceptuală uriașă: teoria generală a relativității a lui Einstein este complet clasică, adică. non-cuantică. Pentru a asigura integritatea logică a fizicii, este necesară o teorie cuantică a gravitației, care să combine mecanica cuantică cu teoria generală a relativității într-o teorie cuantică a spațiu-timpului.
Fizicienii au dezvoltat multe procedee matematice pentru a transforma teoria clasică în teorie cuantică. Mulți oameni de știință au încercat în zadar să le aplice la teoria generală a relativității.
Calculele efectuate în anii 1960 și 1970 au indicat că mecanica cuantică și relativitatea generală nu pot fi combinate. Se părea că situația ar putea fi salvată doar prin introducerea de postulate complet noi, particule suplimentare, câmpuri sau obiecte de alt fel. Exotismul unei teorii unificate ar trebui să se manifeste numai în acele cazuri excepționale în care atât efectele mecanice cuantice, cât și cele gravitaționale devin semnificative. În încercările de a ajunge la un compromis, s-au născut direcții precum teoria răsucitorilor, geometria necomutativă și supergravitația.
Teoria corzilor este foarte populară în rândul fizicienilor, conform căreia, pe lângă cele trei dimensiuni spațiale binecunoscute, mai sunt șase sau șapte pe care nimeni nu le-a putut observa încă. Teoria corzilor prezice, de asemenea, existența multor particule și forțe elementare noi care nu au fost niciodată confirmate prin observație. Unii oameni de știință cred că face parte din așa-numita teorie M, dar, din păcate, nu a fost propusă încă o definiție precisă. Prin urmare, mulți experți sunt convinși că alternativele disponibile ar trebui explorate. Teoria noastră cuantică în buclă a gravitației este cea mai dezvoltată dintre acestea.
Lacună mare
La mijlocul anilor 1980. Noi, împreună cu Abhay Ashtekar, Ted Jacobson și Carlo Rovelli, am decis să încercăm din nou să unificăm mecanica cuantică și relativitatea generală folosind metode standard. Cert este că a existat o lacună importantă în rezultatele negative obținute în anii 1970: calculele presupuneau că geometria spațiului era continuă și netedă, indiferent cât de multe detalii am examinat-o. Oamenii priveau materia exact în același mod înainte de descoperirea atomilor.
Deci, am decis să renunțăm la conceptul de spațiu neted și continuu și să nu introducem alte ipoteze decât prevederile experimentale bine testate ale teoriei generale a relativității și mecanicii cuantice. În special, calculele noastre s-au bazat pe două principii cheie ale teoriei lui Einstein.
Prima dintre ele - independența față de mediu - proclamă că geometria spațiului-timp nu este fixă, ci este o mărime schimbătoare, dinamică. Pentru a determina geometria, este necesar să se rezolve o serie de ecuații care să țină cont de influența materiei și a energiei și. Apropo, teoria modernă a corzilor nu este independentă de mediu: ecuațiile care descriu șirurile sunt formulate într-un anumit spațiu-timp clasic (adică non-cuantic).
Al doilea principiu, numit „invarianță difeomorfă”, afirmă că suntem liberi să alegem orice sistem de coordonate pentru a afișa spațiu-timp și a construi ecuații. Un punct din spațiu-timp este definit doar de evenimentele care au loc fizic în el și nu de poziția sa într-un sistem de coordonate special (nu există coordonate speciale). Invarianța difeomorfă este o poziție fundamentală extrem de importantă a teoriei generale a relativității.
Combinând cu atenție ambele principii cu metode standard de mecanică cuantică, am dezvoltat un limbaj matematic care ne-a permis să efectuăm calculele necesare pentru a determina dacă spațiul este discret sau continuu. Spre bucuria noastră, calculele au arătat că spațiul este cuantificat! Așa am pus bazele teoriei gravitației cuantice în buclă. Apropo, termenul „buclă” a fost inventat deoarece unele calcule implicau bucle mici izolate în spațiu-timp.
Mulți fizicieni și matematicieni ne-au verificat calculele folosind diferite metode. În ultimii ani, teoria gravitației cuantice în buclă s-a consolidat datorită eforturilor oamenilor de știință din întreaga lume. Munca depusă ne permite să avem încredere în imaginea spațiu-timp pe care o voi descrie mai jos.
Teoria noastră cuantică se referă la structura spațiu-timpului la cele mai mici scări și pentru a o înțelege trebuie să ne uităm la predicțiile sale pentru o zonă sau un volum mic. Atunci când se ocupă de fizica cuantică, este important să se determine ce mărimi fizice trebuie măsurate. Imaginează-ți o anumită regiune desemnată de granița B (vezi figura de mai jos), care poate fi definită de un obiect material (de exemplu, o carcasă de fontă) sau direct de geometria spațiu-timpului (de exemplu, orizontul evenimentelor în cazul a unei găuri negre). Ce se întâmplă când măsurăm volumul zonei descrise? Care sunt rezultatele posibile permise atât de teoria cuantică, cât și de invarianța difeomorfă? Dacă geometria spațiului este continuă, atunci regiunea în cauză poate avea orice dimensiune, iar volumul său poate fi exprimat prin orice număr pozitiv real, în special, arbitrar apropiat de zero. Dar dacă geometria este granulară, atunci rezultatul măsurării poate aparține doar unui set discret de numere și nu poate fi mai mic decât un volum minim posibil. Să ne amintim ce energie poate avea un electron care orbitează un nucleu atomic? În cadrul fizicii clasice - orice, dar mecanica cuantică permite doar anumite valori discrete, strict fixate, ale energiei și. Diferența este aceeași ca între măsurarea volumului unui lichid care formează un flux continuu (din punctul de vedere al oamenilor de știință din secolul al XVIII-lea) și determinarea cantității de apă ai cărei atomi pot fi numărați.
Conform teoriei gravitației cuantice bucle, spațiul este ca atomii: numerele obținute prin măsurarea volumului formează o mulțime discretă, i.e. volumul se modifică în porții individuale. O altă mărime care poate fi măsurată este aria limitei B, care se dovedește, de asemenea, a fi discretă. Cu alte cuvinte, spațiul nu este continuu și este format din anumite unități cuantice de suprafață și volum.
Valorile posibile ale volumului și ariei sunt măsurate în unități derivate din lungimea Planck, care este legată de forța gravitației, mărimea cuantelor și viteza luminii. Lungimea Planck este foarte mică: 10 -33 cm; determină scara la care geometria spaţiului nu mai poate fi considerată continuă. Cea mai mică zonă posibilă diferită de zero este aproximativ egală cu pătratul lungimii Planck, sau 10 -66 cm 2 . Cel mai mic volum posibil, altul decât zero, este un cub de lungime Planck sau 10 -99 cm 3 . Astfel, conform teoriei, fiecare centimetru cub de spațiu conține aproximativ 10 99 de atomi de volum. Cuantumul de volum este atât de mic încât există mai multe astfel de cuante într-un centimetru cub decât centimetri cubi în Universul vizibil (10 85).
Rețele de rotire
Cum arată cuantele de volum și suprafață? Poate că spațiul constă dintr-un număr mare de cuburi sau sfere minuscule? Nu, nu este atât de simplu. Înfățișăm stările cuantice ale volumului și ariei sub formă de diagrame, care nu sunt lipsite de frumusețea lor. Imaginați-vă o zonă de spațiu în formă de cub (vezi figura de mai jos Trepte și spumă
Particulele și câmpurile nu sunt singurele obiecte în mișcare. Conform teoriei generale a relativității, atunci când materia și energia se mișcă, spațiul este modificat; undele pot chiar să treacă prin el, ca ondulațiile pe un lac. În teoria gravitației cuantice bucle, astfel de procese sunt reprezentate de transformări discrete ale rețelei de spin, în care conectivitatea graficelor se modifică pas cu pas (vezi figura de mai jos).
Când descriu fenomene mecanice cuantice, fizicienii calculează probabilitatea diferitelor procese. Facem același lucru atunci când folosim teoria gravitației cuantice bucle pentru a descrie schimbarea geometriei spațiului sau mișcarea particulelor și câmpurilor într-o rețea de spin. Thomas Thiemann de la Institutul pentru Fizică Teoretică din Waterloo a obținut expresii precise pentru calcularea probabilității cuantice a pașilor rețelei de spin. Drept urmare, a apărut o procedură clară pentru calcularea probabilității oricărui proces care poate avea loc într-o lume guvernată de regulile teoriei noastre pe deplin formate. Rămâne doar să calculăm și să facem predicții despre ceea ce poate fi observat în anumite experimente.
În teoria relativității, spațiul și timpul sunt inseparabile și reprezintă un singur spațiu-timp. Când conceptul de spațiu-timp este introdus în teoria gravitației cuantice în buclă, rețelele de spin care reprezintă spațiul se transformă în așa-numita spumă de spin. Odată cu adăugarea unei alte dimensiuni - timpul - liniile rețelei de spin se extind și devin suprafețe bidimensionale, iar nodurile se întind în linii. Tranzițiile în care se modifică rețeaua de spin (pași descriși mai sus) sunt acum reprezentate de noduri în care converg liniile de spumă. Viziunea spațiu-timpului ca o spumă spinată a fost propusă de mai mulți cercetători, inclusiv Carlo Rovelli, Mike Reisenberger, John Barrett, Louis Crane, John Baez) și Fotini Markopoulou.
Un instantaneu a ceea ce se întâmplă este ca o secțiune transversală a spațiu-timpului. O felie similară de spumă de spin reprezintă o rețea de spin. Cu toate acestea, nu vă înșelați că planul de felie se mișcă continuu ca un flux lin al timpului. Așa cum spațiul este definit de geometria discretă a unei rețele de spin, timpul este definit de o succesiune de pași individuali care rearanjează rețeaua (vezi figura de la pagina 55). Astfel, timpul este și el discret. Timpul nu curge ca un râu, ci ticăie ca un ceas. Intervalul dintre „căpușe” este aproximativ egal cu timpul Planck, sau 10 -43 s. Mai precis, timpul în Universul nostru este măsurat prin miriade de ceasuri: acolo unde are loc un pas cuantic în spuma de spin, ceasul face un „tic”.
Predicții și teste
Teoria gravitației cuantice bucle descrie spațiul și timpul pe scara Planck, care este prea mică pentru noi. Deci, cum îl testăm? În primul rând, este foarte important să aflăm dacă relativitatea generală clasică poate fi derivată ca o aproximare a gravitației cuantice în buclă. Cu alte cuvinte, dacă rețelele de spin sunt ca firele din care este țesută o țesătură, atunci întrebarea este dacă va fi posibil să se calculeze corect proprietățile elastice ale unei bucăți de material prin medierea a mii de fire. Obținem o descriere a „țesăturii netede” a spațiului clasic Einstein dacă facem media rețelei de spin pe mai multe lungimi Planck? Recent, oamenii de știință au rezolvat cu succes această problemă complexă pentru mai multe cazuri speciale, ca să spunem așa, pentru anumite configurații materiale. De exemplu, undele gravitaționale de joasă frecvență care se propagă în spațiu plat (necurbat) pot fi considerate ca excitație a anumitor stări cuantice descrise în conformitate cu teoria gravitației cuantice în buclă.
Un test bun pentru gravitația cuantică în buclă s-a dovedit a fi unul dintre misterele de lungă durată despre termodinamica găurilor negre și, în special, despre entropia lor. Fizicienii au dezvoltat un model termodinamic al unei găuri negre, bazându-se pe o teorie hibridă în care materia este tratată mecanic cuantic, dar spațiu-timp nu. În special, în anii 1970. Jacob D. Bekenstein a dedus că entropia unei găuri negre este proporțională cu suprafața acesteia (vezi articolul „Informații în universul holografic”, „În lumea științei”, nr. 11, 2003). Stephen Hawking a ajuns curând la concluzia că găurile negre, în special cele mici, ar trebui să emită radiații.
Pentru a efectua calcule similare în cadrul teoriei gravitației cuantice bucle, considerăm că granița regiunii B este orizontul de evenimente al găurii negre. Analizând entropia stărilor cuantice corespunzătoare, obținem exact predicția lui Bekenstein. Cu același succes, teoria noastră nu numai că reproduce predicția lui Hawking despre radiația unei găuri negre, dar ne permite și să descriem structura fină a acesteia. Dacă se observă vreodată o gaură neagră microscopică, previziunile teoretice ar putea fi testate prin studierea spectrului ei de emisie.
În general, orice verificare experimentală a teoriei gravitației cuantice bucle este plină de dificultăți tehnice enorme. Efectele caracteristice descrise de teorie devin semnificative doar pe scara lungimii Planck, care este cu 16 ordine de mărime mai mică decât ceea ce poate fi studiat în viitorul apropiat la cele mai puternice acceleratoare (studiul unor scări mai mici necesită energie mai mare).
Cu toate acestea, oamenii de știință au propus recent mai multe modalități accesibile de a testa gravitația cuantică în buclă. Lungimea de undă a luminii care se propagă într-un mediu suferă o distorsiune, ceea ce duce la refracția și dispersia razelor. Metamorfoze similare apar cu lumina și particulele care se deplasează printr-un spațiu discret descris de o rețea de spin.
Din păcate, amploarea efectelor menționate este proporțională cu raportul dintre lungimea Planck și lungimea de undă. Pentru lumina vizibilă nu depășește 10 -28, iar pentru razele cosmice cu cea mai mare energie este de aproximativ o miliardime. Cu alte cuvinte, granularitatea structurii spațiului are un efect extrem de slab asupra aproape oricărei radiații observabile. Dar cu cât distanța parcurge lumina este mai mare, cu atât sunt mai vizibile consecințele discretității rețelei de spin. Echipamentele moderne ne permit să detectăm radiația exploziilor de raze gamma situate la miliarde de ani lumină distanță (vezi articolul „Cele mai strălucitoare explozii din univers”, „În lumea științei”, nr. 4, 2003).
Folosind teoria gravitației cuantice în buclă, Rodolfo Gambini și Jorge Pullin au descoperit că fotonii de diferite energii ar trebui să călătorească la viteze ușor diferite și să ajungă la observator în momente diferite (vezi figura de mai jos). Observațiile prin satelit ale exploziilor de raze gamma ne vor ajuta să testăm acest lucru. Precizia instrumentelor moderne este de 1.000 de ori mai mică decât este necesar, dar deja în 2006 va fi lansat observatorul prin satelit GLAST, al cărui echipament de precizie va permite realizarea mult așteptatului experiment.
Există aici o contradicție cu teoria relativității, care postulează constanța vitezei luminii? Împreună cu Giovanni Amelino-Camelia și Joao Magueijo, am dezvoltat versiuni modificate ale teoriei lui Einstein care permit existența fotonilor de înaltă energie care călătoresc la viteze diferite. La rândul său, constanța vitezei se aplică fotonilor cu energie scăzută, adică. la lumina cu unde lungi.
O altă posibilă manifestare a discretității spațiu-timpului este asociată cu razele cosmice de foarte mare energie și. Cu mai bine de 30 de ani în urmă, oamenii de știință au stabilit că protonii razelor cosmice cu o energie mai mare de 3 * 10 19 eV ar trebui să fie împrăștiați de spațiul cosmic de umplere a fundalului cu microunde și, prin urmare, nu vor ajunge niciodată pe Pământ. Cu toate acestea, experimentul japonez AGASA a înregistrat mai mult de 10 evenimente cu raze cosmice de energie și mai mare și. S-a dovedit că discretitatea spațiului crește energia necesară pentru reacția de dispersie și permite protonilor de înaltă energie să viziteze planeta noastră. Dacă observațiile oamenilor de știință japonezi sunt confirmate și nu se găsește nicio altă explicație, atunci putem presupune că discretitatea spațiului a fost confirmată experimental.
Spaţiu
Teoria gravitației cuantice în buclă ne obligă să aruncăm o nouă privire asupra originii Universului și ne ajută să ne imaginăm ce s-a întâmplat imediat după Big Bang. În conformitate cu teoria generală a relativității, a existat primul moment, zero al timpului din istoria universului, care nu este în concordanță cu fizica cuantică. Calculele lui Martin Bojowald bazate pe teoria în buclă a gravitației cuantice indică faptul că Big Bang-ul a fost de fapt un Big Bounce, deoarece Universul se prăbușise rapid înaintea lui. Teoreticienii lucrează deja la noi modele ale etapelor incipiente ale dezvoltării Universului, care vor fi testate în curând în observații cosmologice. Este posibil ca tu și cu mine să avem norocul să aflăm ce s-a întâmplat înainte de Big Bang.
Nu mai puțin serioasă este întrebarea constantei cosmologice: este densitatea de energie u care pătrunde în spațiul „gol” pozitivă sau negativă? Observațiile fondului cosmic cu microunde și ale supernovelor îndepărtate indică faptul că există energie întunecată. Mai mult, este pozitiv pentru că Universul se extinde într-un ritm accelerat. Din punctul de vedere al teoriei gravitației cuantice bucle, nu există nicio contradicție aici: încă din 1990, Hideo Kodama a compilat ecuații care descriu cu exactitate starea cuantică a Universului cu o constantă cosmologică pozitivă.
O serie de probleme, inclusiv cele pur tehnice, nu au fost încă rezolvate. Ce ajustări ar trebui făcute la teoria relativității speciale la energii extrem de mari (dacă există)? Va ajuta teoria gravitației cuantice în buclă să demonstreze că diverse forțe, inclusiv gravitația, sunt aspecte ale unei singure forțe fundamentale?
Poate că gravitația cuantică în buclă este cu adevărat o teorie generală cuantică a relativității, deoarece nu se bazează pe alte presupuneri suplimentare decât principiile de bază ale mecanicii cuantice și teoria lui Einstein. Concluzia despre caracterul discret al spațiului-timp descrisă de spuma de spin decurge direct din teoria însăși și nu este introdusă ca postulat.
Totuși, tot ce am discutat aici este teorie. Poate că spațiul este de fapt neted și continuu pe orice scară, indiferent cât de mic. Apoi, fizicienii vor trebui să introducă postulate radicale suplimentare, ca în cazul teoriei corzilor. Și din moment ce experimentul va decide în cele din urmă totul, am o veste bună - situația poate deveni mai clară în viitorul apropiat.
Literatură suplimentară:
 |  |  |  |
CONCLUZIA PRINCIPALĂ a teoriei gravitației cuantice bucle se referă la volume și zone. Să luăm în considerare regiunea spațiului limitată de învelișul sferic B (vezi mai sus). Conform fizicii clasice (non-cuantice), volumul său poate fi exprimat prin orice număr pozitiv real. Cu toate acestea, conform teoriei gravitației cuantice bucle, există un volum absolut diferit de zero (aproximativ egal cu cubul lungimii Planck, adică 10 99 cm 3), iar valorile volumelor mai mari sunt o serie discretă. de numere. De asemenea, există o zonă minimă diferită de zero (aproximativ pătratul lungimii Planck, sau 10 66 cm 2 ) și o gamă discretă de suprafețe permise mai mari. Spectrele discrete ale zonelor cuantice admisibile (stânga) și volumelor cuantice (centru) sunt în general similare cu nivelurile de energie cuantică discrete ale atomului de hidrogen (dreapta).
 |
 |
DIAGRAMELE NUMITE REȚELE DE ROTIRE sunt folosite pentru a reprezenta stările cuantice ale spațiului la o scară de lungime minimă. De exemplu, un cub (a) este un volum înconjurat de șase fețe pătrate. Rețeaua de spin corespunzătoare (b) conține un punct (nod) reprezentând volumul și șase linii reprezentând marginile. Numărul de lângă nod indică volumul, iar numărul de lângă linie indică zona feței corespunzătoare. În cazul în cauză, volumul este egal cu opt unități Planck cubice, iar fiecare dintre fețe are o suprafață de patru unități Planck pătrate. (Regulile gravitației cuantice bucle limitează valorile admisibile ale volumelor și ariilor la anumite valori: doar anumite combinații de numere pot fi localizate la linii și la noduri.)
Dacă o piramidă (c) este plasată pe fața superioară a unui cub, atunci linia care reprezintă acea față în rețeaua de spin trebuie să conecteze nodul cubului de nodul piramidal (d). Liniile corespunzătoare celor patru fețe libere ale piramidei și celor cinci fețe libere ale cubului ar trebui să se extindă de la nodurile corespunzătoare. (Pentru a simplifica diagrama, numerele au fost omise.)
În general, într-o rețea de spin, o cuante de zonă este reprezentată de o linie (e), iar o zonă compusă din mai multe cuante este desemnată de mai multe linii (f). În mod similar, un volum cuantic este reprezentat de un nod (g), în timp ce un volum mai mare conține multe noduri (h). Astfel, volumul din interiorul unei învelișuri sferice este dat de suma tuturor nodurilor conținute în acesta, iar aria suprafeței este egal cu suma tuturor liniilor care trec prin limita regiunii.
Rețelele de spin sunt mai fundamentale decât construcțiile de poliedre: orice combinație de poliedre poate fi reprezentată printr-o diagramă corespunzătoare, dar unele rețele de spin obișnuite reprezintă combinații de volume și zone care nu pot fi construite din poliedre. Astfel de rețele de spin apar atunci când spațiul este curbat de câmpuri gravitaționale puternice sau de fluctuații cuantice ale geometriei la scara Planck.
O SCHIMBARE în FORMA spațiului atunci când materia și energia se mișcă în el și când undele gravitaționale trec prin el este descrisă prin rearanjamente discrete, trepte ale rețelei de spin. În fig. și un grup conectat de cuante de trei volume se contopește într-una singură; Procesul invers este de asemenea posibil. În fig. b două volume împart spațiul și sunt conectate la volumele adiacente într-un mod diferit. Când sunt reprezentate ca poliedre, două poliedre sunt unite de-a lungul feței lor comune și apoi se despart, ca atunci când cristalele sunt împărțite de-a lungul unui alt plan. Astfel de pași în rețeaua de spin apar nu numai cu schimbări mari în geometria spațiului, ci și cu fluctuații cuantice continue pe scara Planck.
O altă modalitate de a reprezenta pașii este să adăugați o altă dimensiune diagramei - timpul. Rezultatul este spuma de centrifugare (c). Liniile rețelei de spin devin plane, iar nodurile se transformă în linii. O felie de spumă de spin la un anumit moment în timp reprezintă o rețea de spin. După ce am făcut o serie de astfel de tăieturi, vom obține cadre ale unui film care vorbește despre dezvoltarea rețelei de spin în timp (d). Dar rețineți că evoluția, care la prima vedere pare lină și continuă, are loc de fapt în explozii. Toate rețelele de spin care conțin o linie portocalie (primele trei cadre) afișează exact aceeași geometrie a spațiului.Lungimea liniilor nu contează - pentru geometrie, tot ce contează este modul în care sunt conectate liniile și ce număr este fiecare dintre ele. marcat cu. Aceasta este ceea ce determină poziția relativă și dimensiunea cuantelor de volum și suprafață. Deci, în Fig. d, în timpul primelor trei cadre geometria rămâne constantă - 3 cuante de volum și 6 cuante de arie. Apoi spațiul se schimbă brusc: rămân 1 cuantă de volum și 3 cuante de arie, așa cum se arată în ultimul cadru. Astfel, timpul determinat de spuma de centrifugare nu se modifică continuu, ci într-o succesiune de pași discreti bruște.
Și, deși pentru claritate, astfel de secvențe sunt afișate ca cadre de film, este mai corect să considerăm evoluția geometriei ca o atingere discretă a unui ceas. Cu o „bifă” există un cuantum portocaliu de zonă; data viitoare, a dispărut: de fapt, dispariția sa este ceea ce definește „căpușa”. Intervalul dintre „căpușe” succesive este aproximativ egal cu timpul Planck (10 -43 s), dar între ele nu există timp; nu poate exista „între”, la fel cum nu există apă între două molecule de H 2 O învecinate.
CÂND o explozie de raze gamma are loc la MILIARDE de ani lumină distanță, explozia instantanee produce o cantitate gigantică de raze gamma. În conformitate cu teoria gravitației cuantice bucle, un foton care se mișcă de-a lungul unei rețele de spin ocupă mai multe linii în fiecare moment de timp, adică. ceva spațiu (în realitate, există o mulțime de linii pe cuantum de lumină, și nu cinci, așa cum se arată în figură). Natura discretă a spațiului face ca razele gamma să aibă o energie mai mare și să călătorească puțin mai repede. Diferența este neglijabilă, dar în timpul călătoriilor în spațiu efectul se acumulează de-a lungul miliardelor de ani. Dacă razele gamma de diferite energii generate în timpul exploziei ajung pe Pământ în momente diferite, aceasta este o dovadă în favoarea teoriei gravitației cuantice în buclă.Lansarea satelitului GLAST este planificată pentru 2006, la bord care va fi echipat cu un dispozitiv suficient de sensibil. echipamente pentru detectarea radiațiilor gamma de dispersie.
Spațiile sunt conectate între ele într-un anumit fel, astfel încât la scară mică de timp și lungime creează o structură pestriță, discretă a spațiului, iar la scară mare se transformă lin în spațiu-timp continuu.
Gravitația buclei și fizica particulelor
Unul dintre avantajele teoriei cuantice bucle a gravitației este naturalețea cu care explică Modelul standard al fizicii particulelor.
Astfel, Bilson-Thompson și coautorii au propus că teoria gravitației cuantice în buclă ar putea reproduce Modelul Standard prin unificarea automată a tuturor celor patru forțe fundamentale. În același timp, cu ajutorul preonilor, prezentați sub formă de brad (țesături din spațiu-timp fibros), a fost posibilă construirea unui model de succes al primei generații de fermioni fundamentali (quarci și leptoni) cu o mai mare sau mai mare măsură. reproducerea mai puțin corectă a taxelor și parităților lor.
Lucrarea originală Bilson-Thompson a sugerat că fermionii fundamentali de a doua și a treia generație ar putea fi reprezentați ca brad mai complexe, iar fermionii de prima generație ca fiind cei mai simple brad posibil, deși nu au fost date reprezentări specifice ale bradurilor complexe. Se crede că sarcinile electrice și de culoare, precum și paritatea particulelor aparținând generațiilor de rang superior, ar trebui obținute exact în același mod ca și pentru particulele din prima generație. Utilizarea metodelor de calcul cuantic a făcut posibil să se arate că particulele de acest fel sunt stabile și nu se degradează sub influența fluctuațiilor cuantice.
Structurile tip panglică din modelul Bilson-Thompson sunt reprezentate ca entități care constau din aceeași materie ca spațiu-timp însuși. Deși lucrările Bilson-Thompson arată cum se pot obține fermionii și bosonii din aceste structuri, întrebarea cum ar putea fi obținut bosonul Higgs folosind brading nu este discutată în ele.
L. Freidel ( L. Freidel), J. Kowalski-Glickman ( J. Kowalski-Glikman) și A. Starodubtsev în articolul lor din 2006 au sugerat că particulele elementare pot fi reprezentate folosind liniile Wilson ale unui câmp gravitațional, ceea ce implică faptul că proprietățile particulelor (masa, energia și spinul lor) pot corespunde proprietăților buclelor Wilson - obiectele de bază. a teoriei gravitației cuantice bucle . Această lucrare poate fi văzută ca un suport teoretic suplimentar pentru modelul preon Bilson–Thompson.
Folosind formalismul model spina spuma, care este direct legată de teoria gravitației cuantice în buclă, și bazată doar pe principiile inițiale ale acesteia din urmă, este, de asemenea, posibilă reproducerea altor particule ale modelului standard, cum ar fi fotoni, gluoni și gravitoni - indiferent de Bradson. -Schema Thompson pentru fermioni. Cu toate acestea, din 2006, nu a fost încă posibil să se construiască modele helon folosind acest formalism. Modelul helon nu conține brad care ar putea fi folosiți pentru construirea bosonului Higgs, dar în principiu acest model nu neagă posibilitatea existenței acestui boson sub forma unui fel de sistem compozit. Bilson-Thompson observă că, deoarece particulele cu mase mai mari au în general o structură internă mai complexă (inclusiv răsucirea bradurilor), această structură poate fi legată de mecanismul de formare a masei. De exemplu, în modelul Bilson-Thompson, structura unui foton cu masă zero corespunde cu brads nerăsuciți. Adevărat, rămâne neclar dacă modelul fotonic obținut în cadrul formalismului spumei de spin corespunde fotonului Bilson-Thompson, care în modelul său constă din trei panglici nerăsucite (este posibil ca mai multe versiuni ale modelului de fotoni să poată fi construite în cadrul spumei de spin. formalism).
Inițial, conceptul de „preon” a fost folosit pentru a desemna subparticulele punctuale incluse în structura fermionilor cu semi-spin (leptoni și quarci). După cum sa menționat deja, utilizarea particulelor punctiforme duce la paradoxul masei. În modelul Bilson-Thompson, panglicile nu sunt structuri punctuale „clasice”. Bilson-Thompson folosește termenul „preon” pentru a menține continuitatea în terminologie, dar cu acest termen se referă la o clasă mai largă de obiecte care sunt componente ale structurii quarcilor, leptonilor și bosonilor gauge.
Important pentru înțelegerea abordării Bilson-Thompson este că în modelul său preon, particulele elementare, cum ar fi electronul, sunt descrise în termeni de funcții de undă. Suma stărilor cuantice ale unei spume spin care are faze coerente este, de asemenea, descrisă în termeni de funcție de undă. Prin urmare, este posibil ca folosind formalismul spumei spin să se obțină funcții de undă corespunzătoare particulelor elementare (fotoni și electroni). În prezent, combinarea teoriei particulelor elementare cu teoria gravitației cuantice în buclă este un domeniu foarte activ de cercetare.
În octombrie 2006, Bilson-Thompson și-a modificat lucrarea, menționând că, deși modelul său a fost inspirat de modele preon, nu este preon în sensul strict al cuvântului, așa că diagramele topologice din modelul său preon pot fi folosite cel mai probabil în alte teorii fundamentale. , cum ar fi, de exemplu, teoria M. Restricțiile teoretice impuse modelelor preon nu sunt aplicabile modelului său, deoarece în el proprietățile particulelor elementare nu provin din proprietățile subparticulelor, ci din conexiunile acestor subparticule între ele (brads). O posibilitate este, de exemplu, „încorporarea” preonilor în teoria M sau în teoria gravitației cuantice în buclă.
Sabine Hossenfelder a propus să se ia în considerare doi candidați alternativi pentru o „teorie a totul” - teoria corzilor și gravitația cuantică în buclă - ca fețe ale aceleiași monede. Pentru a ne asigura că gravitația cuantică în buclă nu contrazice teoria relativității speciale, este necesar să se introducă interacțiuni similare cu cele considerate în teoria corzilor. .
Probleme de teorie
Într-o versiune modificată a lucrării sale, Bilson-Thompson admite că problemele nerezolvate din modelul său rămân spectrul de masă al particulelor, spinurile, amestecarea Cabibbo și necesitatea de a lega modelul său de teorii mai fundamentale.
O versiune ulterioară a articolului descrie dinamica bradurilor folosind tranzițiile Puchner. Pachner se mișcă).
Vezi si
Surse
- , „Elemente ale științei mari”
Scrieți o recenzie a articolului „Loop Quantum Gravity”
Literatură
- Lee Smolin, Trei drumuri către gravitația cuantică, Cărți de bază, 2001.
- John Baez Cuantumul zonei?, Natura, vol. 421, pp. 702–703; februarie 2003.
- Lee Smolin, arxiv.org/hep-th/0303185.
- Bun venit la Quantum Gravity. Secţiune specială, Lumea Fizicăi, Vol.16, Nr.11, pp. 27–50; noiembrie 2003.
- Oleg Feigin.. - M.: Eksmo, 2012. - 288 p. - (Secretele universului). - 3000 de exemplare. - ISBN 9785699530168.
Note
| Teorii ale gravitației | |||
| Teorii standard ale gravitației | Teorii alternative ale gravitației | Teorii cuantice ale gravitației | Teorii unificate de câmp |
|---|---|---|---|
Fizica clasică
Principii
|
Clasic
Relativistă |
|
Multidimensional
Siruri de caractere
Alții |
Extras care caracterizează Loop Quantum Gravity
În Munții Cheli, moșia prințului Nikolai Andreevich Bolkonsky, sosirea tânărului prinț Andrei și a prințesei era așteptată în fiecare zi; dar așteptarea nu a perturbat ordinea ordonată în care se desfășura viața în casa bătrânului prinț. Generalul-șef Prințul Nikolai Andreevici, poreclit în societate le roi de Prusse, [regele Prusiei] din vremea când a fost exilat în sat sub Paul, a trăit continuu în Munții Săi Cheli împreună cu fiica sa, Prințesa Marya și cu tovarășul ei, m lle Bourienne. [Mademoiselle Bourien.] Și în timpul noii domnii, deși i s-a permis intrarea în capitale, a continuat să locuiască și în mediul rural, spunând că dacă cineva are nevoie de el, atunci va călători o sută și jumătate de mile de la Moscova la Bald. Munți, dar ce-ar el nu este nevoie de nimeni sau nimic. El a spus că există doar două izvoare ale viciilor umane: lenevia și superstiția și că există doar două virtuți: activitatea și inteligența. El însuși s-a implicat în creșterea fiicei sale și, pentru a-și dezvolta ambele virtuți principale, până la vârsta de douăzeci de ani, i-a dat lecții de algebră și geometrie și i-a distribuit întreaga viață în studii continue. El însuși era în permanență ocupat fie să-și scrie memoriile, fie să calculeze matematică superioară, fie să învârte cutii de tabaturi pe o mașină, fie să lucreze în grădină și să observe clădirile care nu se opreau pe moșia lui. Întrucât principala condiție a activității este ordinea, ordinea în modul său de viață a fost adusă la cel mai mare grad de precizie. Călătoriile lui la masă au avut loc în aceleași condiții neschimbate, și nu numai la aceeași oră, ci și în același minut. Cu oamenii din jurul său, de la fiica sa până la slujitorii săi, prințul era aspru și invariabil exigent și, prin urmare, fără a fi crud, a stârnit teamă și respect pentru sine, pe care cel mai crud om nu le-a putut realiza cu ușurință. În ciuda faptului că era pensionar și că acum nu avea nicio importanță în treburile statului, fiecare șef al provinciei în care se afla moșia prințului, considera de datoria lui să vină la el și, la fel ca un arhitect, grădinar sau prințesa Marya, aștepta ora stabilită a apariției prințului în camera înaltă a ospătarului. Și toți cei din această chelneriță au experimentat același sentiment de respect și chiar de teamă, în timp ce ușa enorm de înaltă a biroului se deschidea și apărea silueta scurtă a unui bătrân cu perucă pudrată, cu mâinile mici uscate și sprâncenele cenușii căzute, care uneori, în timp ce se încruntă, ascundea strălucirea oamenilor deștepți și cu siguranță ochi tineri, strălucitori.În ziua sosirii tinerilor căsătoriți, dimineața, ca de obicei, prințesa Marya a intrat în camera chelneriței la ora stabilită pentru salutările de dimineață și s-a semnat cu frică și a citit o rugăciune interioară. În fiecare zi intra și în fiecare zi se ruga ca această întâlnire zilnică să meargă bine.
Un bătrân servitor pudrat care stătea în camera chelnerului se ridică cu o mișcare liniștită și anunță în șoaptă: „Te rog”.
Sunetele uniforme ale mașinii se auzeau din spatele ușii. Prințesa trase timid de ușa care se deschidea ușor și lin și se opri la intrare. Prințul lucra la mașină și, privind înapoi, și-a continuat munca.
Biroul uriaș era plin de lucruri care erau în mod evident în uz constant. O masă mare pe care stăteau cărți și planuri, dulapuri înalte de bibliotecă din sticlă cu chei în uși, o masă de scris înalt pe care stătea un caiet deschis, un strung cu unelte așezate și așchii împrăștiați - totul arăta o constantă, variată și activități ordonate. Din mișcările piciorului său mic, încălțat într-o cizmă tătară brodată cu argint, și din potrivirea fermă a mâinii lui musculoase și slabe, se vedea în prinț puterea încăpățânată și durabilă a bătrâneții proaspete. După ce a făcut mai multe cercuri, și-a luat piciorul de pe pedala mașinii, a șters dalta, a aruncat-o într-un buzunar de piele atașat de mașină și, urcându-se la masă, și-a sunat fiica. El nu și-a binecuvântat niciodată copiii și numai, prezentându-i obrazul mierit, acum neras, i-a spus, privind-o sever și în același timp atent:
- Ești sănătos?... ei bine, stai jos!
Luă cu propria sa mână caietul de geometrie pe care îl scrisese și și-a împins scaunul înainte cu piciorul.
- Pentru mâine! – spuse el, găsind repede pagina și marcând-o din paragraf în paragraf cu un cui tare.
Prințesa se aplecă pe masă deasupra caietului ei.
„Stai, scrisoarea este pentru tine”, a spus deodată bătrânul, scoțând dintr-un buzunar atașat deasupra mesei un plic scris de mâna unei femei și aruncându-l pe masă.
Fața prințesei s-a acoperit cu pete roșii la vederea scrisorii. Ea o luă în grabă și se aplecă spre el.
- De la Eloise? - întrebă prințul, arătându-și dinții încă puternici și gălbui cu un zâmbet rece.
— Da, de la Julie, spuse prințesa, privind timid și zâmbind timid.
„Voi mai pierde două scrisori și o voi citi pe a treia”, a spus prințul cu severitate, „Mă tem că scrii multe prostii”. O sa-l citesc pe al treilea.
— Măcar citește asta, mon pere, [tată,], răspunse prințesa, roșind și mai mult și întinzându-i scrisoarea.
„Al treilea, am spus, al treilea”, strigă prințul scurt, împingând scrisoarea și, sprijinindu-și coatele pe masă, scoase un caiet cu desene de geometrie.
„Ei bine, doamnă”, începu bătrânul, aplecându-se lângă fiica lui peste caiet și punând o mână pe spătarul scaunului pe care stătea prințesa, astfel încât prințesa se simți înconjurată din toate părțile de acel tutun și senil. miros înțepător al tatălui ei, pe care îl cunoștea de atâta vreme. - Păi, doamnă, aceste triunghiuri sunt asemănătoare; ai vrea sa vezi, unghiul abc...
Prințesa se uită cu teamă la ochii strălucitori ai tatălui ei aproape de ea; pete roșii străluceau pe fața ei și era clar că nu înțelegea nimic și îi era atât de frică că frica o va împiedica să înțeleagă toate interpretările ulterioare ale tatălui ei, oricât de clare ar fi fost. Fie că era de vină profesorul sau studentul, se repeta în fiecare zi același lucru: ochii prințesei se întunecau, nu vedea nimic, nu auzea nimic, simțea doar fața uscată a tatălui ei sever aproape de ea, simțea pe a lui. respira și miros și s-a gândit doar cum ar putea părăsi repede biroul și să înțeleagă problema în propriul ei spațiu deschis.
Bătrânul și-a pierdut cumpătul: a împins scaunul pe care stătea cu un zgomot puternic, a făcut un efort să nu se entuziasmeze și aproape de fiecare dată se entuziasma, înjură și uneori își arunca caietul.
Prințesa a făcut o greșeală în răspunsul ei.
- Ei bine, de ce să nu fii prost! - strigă prințul, împingând caietul și întorcându-se repede, dar imediat s-a ridicat, a umblat, a atins părul prințesei cu mâinile și s-a așezat din nou.
S-a apropiat și și-a continuat interpretarea.
„Este imposibil, prințesă, este imposibil”, a spus el când prințesa, după ce a luat și închis caietul cu lecțiile atribuite, se pregătea deja să plece, „matematica este un lucru grozav, doamnă”. Și nu vreau să fiți ca doamnele noastre proaste. Va rezista și se va îndrăgosti. „El a bătut-o pe obraz cu mâna. - Prostiile îți vor sări din cap.
Ea a vrut să iasă, el a oprit-o cu un gest și a scos de pe masa înaltă o carte nouă netăiată.
- Iată o altă Cheie a Sacramentului pe care ți-o trimite Eloise ta. Religios. Și nu interferez cu credința nimănui... M-am uitat prin ea. Ia-l. Ei bine, du-te, du-te!
O bătu pe umăr și încuie ușa în urma ei.
Prințesa Marya s-a întors în camera ei cu o expresie tristă, înspăimântată, care rareori o părăsește și îi făcea și mai urâtă fața urâtă și bolnăvicioasă și s-a așezat la biroul ei, căptușită cu portrete în miniatură și plină de caiete și cărți. Prințesa era la fel de dezordonată pe cât era tatăl ei decent. Își puse jos caietul de geometrie și deschise nerăbdătoare scrisoarea. Scrisoarea era de la cel mai apropiat prieten al prințesei încă din copilărie; această prietenă era aceeași Julie Karagina care a fost la ziua onomastică a familiei Rostov:
Julie a scris:
"Chere et excellente amie, quelle chose chose terrible et effrayante que l"absence! J"ai beau me dire que la moitie de mon existence et de mon bonheur est en vous, que malgre la distance qui nous separe, nos coeurs sont unis par des garanții indisolubile; 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 separation. Pourquoi ne sommes nous pas reunies, comme cet ete dans votre grand cabinet sur le canape bleu, le canape a confidences? Pourquoi ne puis je, comme il y a trois mois, puiser de nouvelles forces morales dans votre regard si doux, si calme et si penetrant, regard que j"aimais tant et que „je crois voir devant moi, quand je vous ecris.”
[Dragă și neprețuit prieten, ce lucru groaznic și groaznic este separarea! Oricât de mult mi-aș spune că jumătate din existența mea și din fericirea mea stă în tine, că, în ciuda distanței care ne desparte, inimile noastre sunt unite prin legături inextricabile, inima mea se răzvrătește împotriva sorții și, în ciuda plăcerilor și distragerilor înconjoară-mă, nu pot înăbuși o tristețe ascunsă pe care am trăit-o în adâncul inimii mele de la despărțirea noastră. De ce nu suntem împreună, ca vara trecută, în biroul tău mare, pe canapeaua albastră, pe canapeaua „mărturisirilor”? De ce nu pot, ca acum trei luni, să trag din privirea voastră o nouă forță morală, blândă, calmă și pătrunzătoare, pe care am iubit-o atât de mult și pe care o văd în fața mea în momentul în care vă scriu?]
După ce a citit până în acest moment, prințesa Marya a oftat și a privit înapoi la măsuța de toaletă, care stătea în dreapta ei. Oglinda reflecta un corp urât, slab și o față subțire. Ochii, mereu triști, se priveau acum în oglindă mai ales fără speranță. „Ea mă măgulește”, a gândit prințesa, s-a întors și a continuat să citească. Julie, însă, nu și-a lingușit prietena: într-adevăr, ochii prințesei, mari, adânci și strălucitori (parcă din ei ieșeau uneori raze de lumină caldă în snopi), erau atât de frumoși încât de foarte multe ori, în ciuda urâțeniei întregii ei. față, acești ochi au devenit mai atractivi decât frumusețea. Dar prințesa nu văzuse niciodată o expresie bună în ochii ei, expresia pe care aceștia o luau în acele momente în care nu se gândea la ea însăși. Ca toți oamenii, fața ei a căpătat o expresie încordată, nefirească, proastă, de îndată ce s-a privit în oglindă. Ea a continuat să citească: 211
Am fost solicitat să scriu o notă despre gravitația cuantică în buclă de mai multe lucruri. Și unul dintre ei este pe acest subiect, de la care o persoană „nu știe” cu greu va înțelege deloc ceea ce se discută. Acest lucru este pur și simplu genial și complet inutil pentru Wikipedia:
În lucrarea sa din 2005, Sundance Bilson-Thompson a propus un model (aparent bazat pe teoria mai generală a împletiturii a lui M. Khovanov) în care rishon-urile lui Harari au fost transformate în obiecte extinse asemănătoare unei panglici numite panglici. Potenţial, acest lucru ar putea explica motivele auto-organizării subcomponentelor particulelor elementare, ducând la apariţia unei încărcături de culoare, în timp ce în modelul preon anterior (Rishon) elementele de bază erau particule punctiforme, iar sarcina de culoare a fost postulată. Bilson-Thompson își numește panglicile extinse „geloni”, iar modelul său un gelon. Acest model duce la interpretarea sarcinii electrice ca o entitate topologică care apare atunci când panglicile sunt răsucite.
Nu este clar pentru o persoană normală, dar aici este treaba.
Prima teorie cunoscută a gravitației a fost creată de Aristotel. El credea că corpurile cad cu viteze diferite, direct proporționale cu masa și invers proporționale cu densitatea mediului. Acest lucru este aproape adevărat în prezența frecării. Cu toate acestea, teoria încă nu avea prea multă semnificație practică la acel moment.
Teoria științifică a gravitației a fost creată de Newton, toată lumea a studiat-o la școală, așa că nu vă voi aminti. Newton a descris legea conform căreia corpurile se atrag unele pe altele. Dar până în secolul al XX-lea, fizicienii au trecut de la derivarea legilor la căutarea cauzelor. Întrebarea importantă nu este „cum”, ci „de ce”. Și nimeni altul decât Einstein a propus o teorie a gravitației bazată pe geometria riemanniană: gravitația este determinată de curbura spațiului-timp cu patru dimensiuni. Fizica s-a dovedit a fi modelată de geometrie destul de abstractă. Teoria este elegantă și confirmată experimental.
Cu toate acestea, fizicienii nu s-au oprit aici. Cert este că în anii 20-30 a fost dezvoltată mecanica cuantică, care s-a dezvoltat destul de repede în teoria cuantică a câmpului. Ideea este că mărimile fizice nu mai sunt continue, ci iau valori discrete, treptat. De exemplu, energie. În teoria câmpului cuantic, quanta, unele „piese” indivizibile, au devenit „purtători” de interacțiuni fundamentale. Cel mai simplu lucru sunt fotonii în electrodinamică (sau fotonii luminii, de exemplu). Sau gluoni - în interacțiunea puternică a quarcilor. Dar esența este asemănătoare. Mai mult, teoriile au fost construite în așa fel încât la nivel micro să se poată „lucra” la nivel cuantic, dar cu o trecere continuă la nivel macro s-au obținut toate proprietățile tipice câmpului. În fizică se cunosc 4 tipuri de câmpuri fundamentale (interacțiuni), iar trei dintre ele sunt cuantificate. Dar nu gravitația. Mai mult decât atât, problemele cuantificării câmpului gravitațional s-au dovedit a fi atât de fundamentale încât fizicienii au început să caute alte modalități de a „lega” toate câmpurile fundamentale (de ce? pentru a explica cum funcționează lumea) și teoriile corzilor și alte teorii ale Totul a apărut, bazat pe spații și simetrii exotice.
Toate aceste teorii aveau o proprietate care a fost foarte iubită de matematicieni - geometria spațiului era considerată continuă și netedă. De fapt, așa este în geometria riemanniană, folosită de Einstein. La mijlocul anilor '80, Lee Smolin și colegii săi riscau să renunțe la netezime și continuitate și pentru prima dată au reușit să construiască un model cuantic consistent al gravitației, cu condiția ca și spațiul să fie cuantificat! Adică este format din „celule” de lungime Planck (zece minus 33 cm), conectate într-un mod bizar. Pentru ușurința prezentării, în loc de celule, au început să ia în considerare noduri, iar conexiunile lor formează ceea ce au început să numească rețea de spin. Acest lucru vă permite să specificați orice geometrie, indiferent cât de curbă. În mod neașteptat, o disciplină matematică aparent abstractă - topologia - a devenit brusc solicitată aici, deoarece ea este cea care studiază acest tip de obiecte.
Dar rețeaua de spin este doar o „instantanee” a stării. În realitate, în fiecare moment se întâmplă ceva în lume, iar acest lucru se exprimă în transformarea rețelei. Rețeaua plus timpul este numit spina spuma, pentru că de-a lungul timpului rețeaua „clocotește” în mod constant, experimentând transformări nesfârșite. Timpul „s-a dovedit” și el discret, cu un interval între „căpușe” de zece minus 43 cm.
Ca orice teorie bună (și aceasta, apropo, este diferită de Teoria Corzilor), teoria cuantică a gravitației permite experimente care o pot confirma sau infirma. În prezent, echipamentele moderne nu permit efectuarea unor astfel de experimente - efectele pe care le dă „granul” spațiului sunt prea mici - dar tehnologia și imaginația oamenilor de știință nu stau pe loc. În orice caz, astfel de experimente nu par imposibile.
De asemenea, s-a dovedit recent că gravitația cuantică în buclă „în limită” duce la modelul Einstein (totuși, altfel nu ar avea sens). Este interesant că, spre deosebire de teoria lui Einstein, în teoria „noastre” Universul există înainte de Big Bang.
Acum este timpul să revenim la ceea ce scrie Wikipedia. De fapt, despre lucrurile importante. Faptul că teoria gravitației cuantice bucle ne permite să deducem
Ar putea fi util să citiți:
- Învățământ la distanță în cursuri de contabilitate;
- Măsurarea mărimilor Măsurate s în fizică;
- Materialele magnetice și punctul Curie;
- Teoria cuantică a gravitației;
- Sensul alegoric al odei „Felitsa”;
- Teoria celulară Postulatele de bază ale celulare;
- Ecuații trigonometrice - formule, soluții, exemple;
- Popoare care locuiesc în Africa Ce popoare au locuit istoria continentului african;