Zankasta kvantna teorija gravitacije. Kvantna teorija gravitacije
Ustanovitelji "zankaste kvantne teorije gravitacije" v 80. letih 20. stoletja so Lee Smolin, Abhay Ashtekar, Ted Jacobson in Carlo Rovelli. Po tej teoriji sta prostor in čas pravzaprav sestavljena iz diskretnih delov. Te majhne kvantne celice prostora so med seboj povezane na določen način, tako da na majhnih merilih časa in dolžine ustvarjajo pestro, diskretno strukturo prostora, na velikih merilih pa se gladko spreminjajo v kontinuiran gladek prostor-čas. Medtem ko lahko številni kozmološki modeli opišejo obnašanje vesolja šele od Planckovega časa po velikem poku, lahko kvantna gravitacija z zanko opiše sam proces eksplozije in celo pogleda dlje nazaj. Pojavi pa se problem izbire koordinat. Splošno teorijo relativnosti (GTR) je mogoče oblikovati v brezkoordinatni obliki, na primer z uporabo zunanjih oblik, vendar bomo izvedli izračune Riemannove 4-oblike v določeni metriki. Lubos Motl, eden najbolj dejavnih in duhovitih propagandistov teorije strun, je to izrazil tako, da je na primer govorjenje o »neodvisnosti od ozadja« propagatorja spinske mreže gravitacijske teorije zanke brez navedbe enega samega stanja enako kot izračun Taylorjevega niza v točki x 0 brez podajanja x 0 .
Krožna gravitacija in fizika delcev
Ena od prednosti zančne kvantne teorije gravitacije je naravnost, s katero pojasnjuje standardni model fizike delcev.
Tako so Bilson-Thompson in njegovi soavtorji predlagali, da bi lahko teorija zanke kvantne gravitacije reproducirala standardni model s samodejnim poenotenjem vseh štirih temeljnih sil. Hkrati je bilo mogoče s pomočjo preonov, predstavljenih v obliki brad (spletkov vlaknastega prostora-časa), zgraditi uspešen model prve družine temeljnih fermionov (kvarkov in leptonov) z več oz. manj pravilna reprodukcija njihovih nabojev in paritet.
Izvirni članek Bilson-Thompson je predlagal, da bi lahko temeljne fermione druge in tretje družine predstavili kot bolj zapletene brade in da bi bili fermioni prve družine predstavljeni kot najpreprostejše možne brade, čeprav niso bile podane posebne predstavitve kompleksnih bradov. . Menijo, da je treba električni in barvni naboj ter pariteto delcev, ki pripadajo družinam višjega ranga, pridobiti na povsem enak način kot za delce prve družine.
Uporaba kvantnih računalniških metod je omogočila pokazati, da so tovrstni delci stabilni in ne razpadajo pod vplivom kvantnih fluktuacij.
Trakaste strukture v Bilson-Thompsonovem modelu so predstavljene kot entitete, sestavljene iz iste snovi kot sam prostor-čas. Čeprav Bilson-Thompsonovi dokumenti kažejo, kako je mogoče iz teh struktur pridobiti fermione in bozone, v njih ni obravnavano vprašanje, kako bi lahko pridobili Higgsov bozon z bradingom.
L. Freidel, J. Kowalski-Glikman in A. Starodubtsev so v svojem prispevku iz leta 2006 predlagali, da je mogoče osnovne delce predstaviti z uporabo Wilsonovih linij gravitacijskega polja, kar pomeni, da lahko lastnosti delcev (njihova masa, energija in vrtenje) ustrezajo lastnosti Wilsonovih zank - osnovnih objektov teorije zanke kvantne gravitacije. To delo lahko razumemo kot nadaljnjo teoretično podporo Bilson–Thompsonovemu preonskemu modelu.
Z uporabo formalizma modela spin pene, ki je neposredno povezan s teorijo zanke kvantne gravitacije in temelji le na začetnih principih slednje, je mogoče reproducirati tudi nekatere druge delce standardnega modela, kot so fotoni, gluoni in gravitoni - neodvisno od Brad Billson-Thompsonove sheme za fermione . Vendar od leta 2006 še ni bilo mogoče izdelati helonskih modelov s tem formalizmom. Model helon ne vsebuje bradov, ki bi jih lahko uporabili za konstrukcijo Higgsovega bozona, vendar načeloma ta model ne zanika možnosti obstoja tega bozona v obliki nekakšnega sestavljenega sistema. Bilson-Thompson ugotavlja, da ker imajo delci z večjimi masami na splošno bolj zapleteno notranjo strukturo (vključno z zvijanjem bradov), je ta struktura lahko povezana z mehanizmom nastanka mase. Na primer, v Bilson-Thompsonovem modelu struktura fotona z ničelno maso ustreza nezasukanim bradom. Vendar pa ostaja nejasno, ali model fotona, dobljen v formalizmu spinske pene, ustreza Bilson-Thompsonovemu fotonu, ki je v njegovem modelu sestavljen iz treh nezasukanih trakov (možno je, da je v okviru spinske pene mogoče konstruirati več različic fotonskega modela formalizem).
Sprva je bil pojem "preon" uporabljen za označevanje točkovnih poddelcev, vključenih v strukturo fermionov s polspinom (leptoni in kvarki). Kot smo že omenili, uporaba točkastih delcev vodi do masnega paradoksa. V Bilson-Thompsonovem modelu trakovi niso "klasične" točkovne strukture. Bilson-Thompson uporablja izraz "preon", da ohrani kontinuiteto v terminologiji, vendar se s tem izrazom nanaša na širši razred objektov, ki so komponente strukture kvarkov, leptonov in merilnih bozonov.
Za razumevanje Bilson-Thompsonovega pristopa je pomembno, da so v njegovem preonskem modelu osnovni delci, kot je elektron, opisani v smislu valovnih funkcij. Vsota kvantnih stanj spin pene, ki ima koherentne faze, je opisana tudi v smislu valovne funkcije. Zato je mogoče z uporabo formalizma spinske pene pridobiti valovne funkcije, ki ustrezajo osnovnim delcem (fotonom in elektronom). Trenutno je združevanje teorije osnovnih delcev s teorijo zanke kvantne gravitacije zelo aktivno področje raziskav.
Oktobra 2006 je Bilson-Thompson spremenil svoj članek in ugotovil, da čeprav je bil njegov model navdihnjen s preonskimi modeli, to ni preon v strogem pomenu besede, zato bodo topološki diagrami iz njegovega preonskega modela verjetno uporabljeni v drugih temeljnih teorijah. , kot je na primer M-teorija. Teoretične omejitve, ki veljajo za preonske modele, za njegov model niso uporabne, saj v njem lastnosti osnovnih delcev ne izhajajo iz lastnosti poddelcev, temveč iz povezav teh poddelcev med seboj (brads). V spremenjeni različici svojega prispevka Bilson-Thompson priznava, da nerešeni problemi v njegovem modelu ostajajo masni spekter delcev, vrtljaji, Cubbibo mešanje in potreba po povezavi njegovega modela z bolj temeljnimi teorijami. Ena od možnosti je na primer "vdelava" preonov v M-teorijo ali v teorijo zanke kvantne gravitacije.
Kasnejša različica članka opisuje dinamiko bradov z uporabo Pachnerjevih potez.
Viri in ilustracije
Literatura
- Tri poti do kvantne gravitacije. Lee Smolin. Osnovne knjige, 2001.
- Kvant površine? John Baez. Narava, vol.421, str. 702-703; februar 2003.
- Kako daleč smo od kvantne teorije gravitacije? Lee Smolin. Marec 2003. Prednatis
- Dobrodošli v Quantum Gravity. Special Section, Physics World, Vol.16, No.11, pp. 27-50; november 2003.
- Zanka kvantne gravitacije. Lee Smolin.
Opombe
p·o·r Teorije gravitacije |
|||
| Standardne teorije gravitacije | Alternativne teorije gravitacije | Kvantne teorije gravitacije | Enotne teorije polja |
|---|---|---|---|
Klasična fizika
Načela
| Klasična
Relativistično
| ||
Krožna kvantna gravitacija - kaj je to? To vprašanje bomo obravnavali v tem članku. Za začetek bomo opredelili njene značilnosti in dejanske informacije, nato pa se bomo seznanili z njenim nasprotnikom – teorijo strun, ki jo bomo obravnavali v splošni obliki za razumevanje in medsebojno povezavo z zančno kvantno gravitacijo.
Uvod
Ena od teorij, ki opisujejo kvantno gravitacijo, je niz podatkov o zanki gravitacije na kvantni ravni organizacije vesolja. Te teorije temeljijo na konceptu diskretnosti časa in prostora na Planckovi lestvici. Omogoča uresničitev hipoteze o utripajočem vesolju.
Lee Smolin, T. Jacobson, C. Rovelli in A. Ashtekar so utemeljitelji teorije zanke kvantne gravitacije. Njen nastanek se je začel v 80. XX stoletje. V skladu s trditvami te teorije so "viri" - čas in prostor - sistemi diskretnih fragmentov. Opisane so kot celice kvantne velikosti, ki se držijo skupaj na poseben način. Ko pa dosežemo velike velikosti, opazimo glajenje prostora-časa in zdi se nam neprekinjeno.
Krožna gravitacija in delci vesolja
Ena najbolj presenetljivih "lastnosti" teorije zanke kvantne gravitacije je njena naravna sposobnost reševanja določenih problemov v fiziki. Omogoča nam razlago številnih vprašanj, povezanih s standardnim modelom fizike osnovnih delcev.
Leta 2005 je bil objavljen članek S. Bilson-Thompson, ki je predlagal model s transformiranim Rishonom Hararijem, ki je imel obliko podaljšanega traku. Slednji se imenuje trak. Ocenjeni potencial kaže, da bi lahko pojasnil razlog za neodvisno organizacijo vseh podkomponent. Navsezadnje je ta pojav tisti, ki povzroča barvni naboj. Prejšnji preonski model je kot osnovni element upošteval točkaste delce. Naboj barve bi lahko postulirali. Ta model nam omogoča, da električne naboje opišemo kot topološko entiteto, ki lahko nastane v primeru zvijanja traku.
Drugi članek teh soavtorjev, objavljen leta 2006, je delo, pri katerem sta sodelovala tudi L. Smolin in F. Markopolou. Znanstveniki so postavili domnevo, da vse teorije gravitacije kvantne zanke, vključene v razred zank, navajajo, da sta v njih prostor in čas stanji, ki ju vzbuja kvantizacija. Ta stanja lahko delujejo kot preoni, ki povzročijo znani standardni model. To pa določa nastanek lastnosti teorije.
Štirje znanstveniki so tudi predlagali, da je teorija gravitacije kvantne zanke sposobna reproducirati standardni model. Samodejno povezuje štiri temeljne sile. V tej obliki se koncept »brad« (prepleten vlaknasti prostor-čas) tukaj nanaša na koncept preonov. Bradi so tisti, ki omogočajo poustvarjanje pravilnega modela iz predstavnikov »prve generacije« delcev, ki temelji na fermionih (kvarkih in leptonih) s pretežno pravilnimi metodami za poustvarjanje naboja in paritete samih fermionov.
Bilson-Thompson je domneval, da so fermioni iz temeljne "serije" 2. in 3. generacije lahko predstavljeni v obliki istih bradov, vendar z bolj zapleteno strukturo. Fermioni 1. generacije so tukaj predstavljeni z najpreprostejšimi bradami. Vendar je tukaj pomembno vedeti, da posebne ideje o kompleksnosti njihove strukture še niso bile predstavljene. Menijo, da se naboji barvnih in električnih tipov ter "status" paritete delcev v prvi generaciji oblikujejo na popolnoma enak način kot v drugih. Ko so bili ti delci odkriti, so bili izvedeni številni poskusi, da bi nanje vplivali s kvantnimi fluktuacijami. Končni rezultati poskusov so pokazali, da so ti delci stabilni in ne razpadejo.
Struktura pasu
Ker tukaj obravnavamo informacije o teorijah brez uporabe izračunov, lahko rečemo, da je to zančna kvantna gravitacija »za telebane«. In ne more brez opisa struktur traku.
Entitete, v katerih je materija predstavljena z isto »stvari« kot prostor-čas, je splošna opisna predstavitev modela, ki nam ga je predstavil Bilson-Thompson. Te entitete so tračne strukture dane opisne značilnosti. Ta model nam pokaže, kako nastanejo fermioni in kako nastanejo bozoni. Vendar ne odgovarja na vprašanje, kako je mogoče pridobiti Higgsov bozon z uporabo blagovne znamke.
L. Freidel, J. Kowalski-Glickman in A. Starodubtsev so leta 2006 v enem članku predlagali, da lahko Wilsonove črte gravitacijskih polj opisujejo osnovne delce. To pomeni, da lahko lastnosti, ki jih imajo delci, ustrezajo kvalitativnim parametrom Wilsonovih zank. Slednji pa so osnovni objekt zanke kvantne gravitacije. Te študije in izračuni veljajo tudi za dodatno osnovo za teoretično podporo, ki opisuje Bilson-Thompsonov model.
Z uporabo formalizma modela vrtljive pene, ki je neposredno povezan s teorijo, ki jo preučujemo in analiziramo v tem članku (T.P.K.G.), kot tudi z osnovo na izvirnem nizu načel te teorije kvantne zanke gravitacije, je mogoče reproducirati nekaj delcev standardnega modela, ki jih prej niso mogli dobiti. To so bili fotonski delci, tudi gluoni in gravitoni.
Obstaja tudi model gelonov, pri katerem bradi niso upoštevani zaradi odsotnosti kot takih. Toda sam model ne zagotavlja natančnega načina zanikanja njihovega obstoja. Njegova prednost je, da lahko Higgsov bozon opišemo kot nekakšen sestavljen sistem. To je razloženo s prisotnostjo bolj zapletenih notranjih struktur v delcih z veliko maso. Glede na zvijanje bradov imamo pravico domnevati, da je ta struktura lahko povezana z mehanizmom množičnega ustvarjanja. Na primer, oblika Bilson-Thompsonovega modela, ki opisuje foton kot delec z ničelno maso, ustreza stanju brada v nezvitem stanju.
Razumevanje Billson-Thompsonovega pristopa
Na predavanjih o gravitaciji kvantne zanke pri opisu boljšega pristopa k razumevanju Bilson-Thompsonovega modela omenjajo, da ta opis preonskega modela osnovnih delcev omogoča karakterizacijo elektronov kot funkcij valovne narave. Dejstvo je, da je skupno število kvantnih stanj, ki jih imajo spinske pene s koherentnimi fazami, mogoče opisati tudi z izrazi Trenutno poteka aktivno delo, katerega cilj je poenotiti teorijo osnovnih delcev in T.P.K.G.
Med knjigami o zanki kvantni gravitaciji lahko najdete veliko informacij, na primer v delih O. Feirina o paradoksih kvantnega sveta. Med drugimi deli je vredno biti pozoren na članke Leeja Smolina.
Težave
Spremenjena različica Bilson-Thompsona priznava, da je masni spekter delcev nerešen problem, ki ga njegov model ne more opisati. Prav tako ne reši težav, povezanih z centrifugami, mešanjem Cabibbo. Zahteva povezavo z bolj temeljno teorijo. Kasnejše različice članka se zatečejo k opisovanju dinamike bradov z uporabo Puchnerjevega prehoda.
V svetu fizike obstaja stalna konfrontacija: teorija strun proti teoriji zanke kvantne gravitacije. To sta dve temeljni deli, na katerih so delali in delajo številni znani znanstveniki po vsem svetu.
Teorija strun
Ko govorimo o teoriji kvantne zanke gravitacije in teoriji strun, je pomembno razumeti, da gre za dva popolnoma različna načina razumevanja strukture snovi in energije v vesolju.
Teorija strun je »evolucijska pot« fizikalne znanosti, ki poskuša preučevati dinamiko medsebojnega delovanja ne med točkastimi delci, temveč med kvantnimi strunami. Material teorije združuje idejo mehanike kvantnega sveta in teorijo relativnosti. To bo ljudem verjetno pomagalo zgraditi prihodnjo teorijo kvantne gravitacije. Prav zaradi oblike predmeta preučevanja skuša ta teorija na drugačen način opisati temelje vesolja.
Za razliko od teorije kvantne zanke gravitacije, teorija strun in njeni temelji temeljijo na hipotetičnih podatkih, ki nakazujejo, da so vsi osnovni delci in vse njegove interakcije temeljne narave posledica nihanja kvantnih strun. Ti "elementi" vesolja imajo ultramikroskopske dimenzije in so na lestvicah reda Planckove dolžine enaki 10 -35 m.
Podatki te teorije so matematično smiselni precej natančno, vendar še niso našli dejanske potrditve na področju eksperimentov. Teorija strun je povezana z multiverzumi, ki so interpretacija informacij v neskončnem številu svetov z različno vrsto in obliko razvoja popolnoma vsega.
Osnova
Loop kvantna gravitacija ali To je precej pomembno vprašanje, ki je težko, vendar ga je treba razumeti. To je še posebej pomembno za fizike. Za boljše razumevanje teorije strun bo pomembno vedeti nekaj stvari.
Teorija strun bi nam lahko dala opis prehoda in vseh značilnosti vsakega osnovnega delca, vendar je to mogoče le, če bi lahko strune ekstrapolirali tudi v nizkoenergijsko področje fizike. V takem primeru bi vsi ti delci prevzeli obliko omejitev spektra vzbujanja v nelokalni enodimenzionalni leči, ki jih je neskončno veliko. Značilna dimenzija vrvic je izjemno majhna vrednost (približno 10 -33 m). Zaradi tega jih človek med poskusi ne more opazovati. Analog tega pojava je tresenje strun glasbil. Spektralni podatki, ki "tvorijo" niz, so lahko možni samo za določeno frekvenco. Z večanjem frekvence narašča tudi energija (nabrana iz vibracij). Če na to izjavo uporabimo formulo E = mc 2, potem lahko ustvarimo opis snovi, ki sestavlja vesolje. Teorija predpostavlja, da se velikost mase delca, ki se kaže kot vibrirajoča struna, opazuje v resničnem svetu.
Fizika strun pušča odprto vprašanje razsežnosti prostora-časa. Odsotnost dodatnih prostorskih dimenzij v makroskopskem svetu je razložena na dva načina:
- Kompaktizacija dimenzij, ki so zvite na velikosti, v katerih bodo ustrezale vrstnemu redu Planckove dolžine;
- Lokalizacija celotnega števila delcev, ki tvorijo večdimenzionalno vesolje, na štiridimenzionalni »list sveta«, ki je opisan kot multiverzum.
Kvantizacija
Ta članek obravnava koncept teorije kvantne gravitacije z zanko za lutke. To temo je na matematični ravni izjemno težko razumeti. Tukaj upoštevamo splošen pogled, ki temelji na opisnem pristopu. Še več, v zvezi z dvema »nasprotnima« teorijama.
Za boljše razumevanje teorije strun je pomembno vedeti tudi o obstoju primarnega in sekundarnega kvantizacijskega pristopa.
Sekundarna kvantizacija temelji na konceptih polja strun, in sicer na funkcionalu prostora zanke, ki je podoben kvantni teoriji polja. Formalizmi primarnega pristopa ustvarijo opis gibanja testnih strun v njihovih zunanjih poljih z uporabo matematičnih tehnik. To ne vpliva negativno na interakcijo med strunami, vključuje pa tudi pojav razpada in združevanja strun. Primarni pristop je povezava med teorijami strun in izjavami običajne teorije polja na površini sveta.
Supersimetrija
Najpomembnejši in nujen, pa tudi realističen »element« teorije strun je supersimetrija. Splošni nabor delcev in interakcij med njimi, ki jih opazimo pri relativno nizkih energijah, je sposoben reproducirati strukturno sestavo standardnega modela v skoraj celotni obliki. Številne lastnosti standardnega modela dobijo elegantne razlage v smislu teorije superstrun, kar je tudi pomemben argument za teorijo. Vendar še ni načel, ki bi lahko pojasnila to ali ono omejitev teorij strun. Ti postulati bi nam morali omogočiti, da dobimo obliko sveta, podobno standardnemu modelu.
Lastnosti
Najpomembnejše lastnosti teorije strun so naslednje:
- Načela, ki določata strukturo vesolja, sta gravitacija in mehanika kvantnega sveta. So komponente, ki jih pri ustvarjanju splošne teorije ni mogoče ločiti. Teorija strun izvaja to predpostavko.
- Študije številnih razvitih konceptov dvajsetega stoletja, ki nam omogočajo razumevanje temeljne strukture sveta, z vsemi njihovimi številnimi principi delovanja in razlagami, so združene in sledijo teoriji strun.
- Teorija strun nima prostih parametrov, ki bi jih bilo treba prilagoditi, da bi zagotovili soglasje, kot se na primer zahteva v standardnem modelu.
Končno
Poenostavljeno povedano, kvantna zankasta gravitacija je eden od načinov dojemanja realnosti, ki poskuša opisati temeljno strukturo sveta na ravni osnovnih delcev. Omogoča vam reševanje številnih problemov v fiziki, ki vplivajo na organizacijo snovi, in je tudi ena vodilnih teorij na svetu. Njen glavni nasprotnik je teorija strun, kar je glede na številne resnične izjave slednje povsem logično. Obe teoriji sta potrjeni na različnih področjih raziskovanja osnovnih delcev, poskusi združevanja »kvantnega sveta« in gravitacije pa se nadaljujejo še danes.
Sklicuje se na "teorijo vesolja"Teorija zanke kvantne gravitacije
Kaj se je zgodilo pred velikim pokom in od kod čas?
V teoriji kvantne gravitacije se izkaže, da je gladek in neprekinjen prostor, ki smo ga vajeni v ultra majhnih merilih, struktura z zelo kompleksno geometrijo(slika iz www.aei.mpg.de)
O vprašanjih iz naslova fiziki običajno ne razpravljajo, saj ne obstaja nobena splošno sprejeta teorija, ki bi nanje lahko odgovorila. Vendar pa je bilo nedavno v okviru zanke kvantne gravitacije še vedno mogoče slediti evoluciji poenostavljenega modela vesolja nazaj v čas, vse do trenutka velikega poka, in celo pogledati dlje. Med potjo je postalo jasno, kako točno nastane čas v tem modelu.
Opazovanja vesolja kažejo, da tudi na največjih lestvicah sploh ne miruje, ampak se sčasoma razvija. Če na podlagi sodobnih teorij sledimo tej evoluciji v preteklost, se izkaže, da je bil trenutno opazovani del vesolja prej bolj vroč in kompakten kot zdaj, začel pa se je z velikim pokom - določenim procesom nastanek vesolja iz singularnosti: posebna situacija, za katero sodobni zakoni fizike ne veljajo.
Fiziki niso zadovoljni s tem stanjem: želijo razumeti in sam proces Veliki pok. Zato se zdaj izvajajo številni poskusi, da bi zgradili teorijo, ki bi bila uporabna v tej situaciji. Ker je bila gravitacija v prvih trenutkih po velikem poku najpomembnejša sila, se domneva, da je doseganje tega cilja možno le v okviru še nerazvitega kvantna teorija gravitacije.
Včasih so fiziki upali, da bo kvantna gravitacija opisana s teorijo superstrun, vendar je nedavna kriza v teorijah superstrun to zaupanje omajala. V tej situaciji so drugi pristopi k opisu kvantno-gravitacijskih pojavov začeli vzbujati večjo pozornost, zlasti zančna kvantna gravitacija.
Prav v okviru zanke kvantne gravitacije je bil pred kratkim dosežen zelo impresiven rezultat. Izkazalo se je, da zaradi kvantnih učinkov začetna singularnost izgine. Veliki pok ni več posebna točka in mogoče je ne le slediti njegovemu poteku, temveč tudi pogledati, kaj se je zgodilo pred velikim pokom. Povzetek teh rezultatov je bil nedavno objavljen v A. Ashtekar, T. Pawlowski, P. Singh, Physical Review Letters, 96, 141301 (12. april 2006), na voljo tudi kot gr-qc/0602086, njihova podrobna izpeljava pa je navedena v pred dnevi prednatis istih avtorjev gr-qc/0604013.
Zankasta kvantna gravitacija se bistveno razlikuje od običajnih fizikalnih teorij in celo od teorije superstrun. Objekti teorije superstrun so na primer različne strune in večdimenzionalne membrane, ki pa priletijo predkuhano za njih prostor in čas. Vprašanja, kako točno je nastal ta večdimenzionalni prostor-čas, v takšni teoriji ni mogoče razrešiti.
V teoriji zanke gravitacije so glavni objekti majhne kvantne celice prostora, ki so med seboj povezane na določen način. Zakon njihove povezanosti in njihovega stanja je pod nadzorom določenega polja, ki obstaja v njih. Vrednost tega polja je za te celice določen " notranji čas": prehod iz šibkega polja v močnejše polje je videti natanko tako, kot da bi obstajala nekakšna "preteklost", ki bi vplivala na nekakšno "prihodnost". Ta zakon je zasnovan tako, da se za dovolj veliko vesolje z nizko koncentracijo energije in (to je daleč od singularnosti) zdi, da se celice »zlivajo« med seboj in tvorijo »trden« prostor-čas ki nam je znana.
Avtorji članka trdijo, da je vse to že dovolj za rešitev problema, kaj se dogaja z vesoljem, ko se približuje singularnosti. Rešitve enačb, ki so jih pridobili, so pokazale, da se ob ekstremnem »stiskanju« vesolja prostor »razprši«, kvantna geometrija ne dovoli, da bi se njegova prostornina zmanjšala na nič, neizogibno pride do zaustavitve in ponovno se začne širitev. Temu zaporedju stanj je mogoče slediti naprej in nazaj v »času«, kar pomeni, da po tej teoriji pred velikim pokom neizogibno pride do »velikega poka« – propada »prejšnjega« vesolja. Še več, lastnosti tega prejšnjega vesolja se v procesu kolapsa ne izgubijo, ampak se nedvoumno prenesejo v naše vesolje.
Vendar pa opisani izračuni temeljijo na nekaterih poenostavljenih predpostavkah o lastnostih univerzalnega polja. Očitno bodo splošni sklepi držali tudi brez takih predpostavk, a to je treba še preveriti. Izredno zanimivo bo spremljati nadaljnji razvoj teh idej.
Atomi prostora in časa
© Lee Smolin
"V svetu znanosti", april 2004
Lee Smolin
Če je neverjetna teorija zanke kvantne gravitacije pravilna, potem sta prostor in čas, ki ju dojemamo kot neprekinjena, dejansko sestavljena iz diskretnih delcev.
Že od antičnih časov so nekateri filozofi in znanstveniki predlagali, da je snov morda sestavljena iz drobnih atomov, vendar je do pred 200 leti le malo ljudi verjelo, da je njihov obstoj mogoče dokazati. Danes opazujemo posamezne atome in preučujemo delce, ki jih sestavljajo. Zrnata struktura snovi za nas ni več novica.
V zadnjih desetletjih si fiziki in matematiki postavljajo vprašanje: ali je prostor sestavljen iz diskretnih delov? Ali je res neprekinjen ali je bolj kot kos tkanine, stkan iz posameznih vlaken? Če bi lahko opazovali izjemno majhne predmete, ali bi videli atome prostora, nedeljive drobne delce prostornine? Kaj pa čas: se spremembe v naravi dogajajo gladko ali se svet razvija v majhnih skokih in deluje kot računalnik?
V zadnjih 16 letih so se znanstveniki opazno približali odgovorom na ta vprašanja. V skladu s teorijo s čudnim imenom »zančna kvantna gravitacija« sta prostor in čas res sestavljena iz diskretnih delov. Izračuni, izvedeni v okviru tega koncepta, prikazujejo preprosto in lepo sliko, ki nam pomaga razložiti skrivnostne pojave, povezane s črnimi luknjami in velikim pokom. Toda glavna prednost omenjene teorije je, da bo v bližnji prihodnosti njene napovedi mogoče eksperimentalno preveriti: zaznali bomo atome vesolja, če res obstajajo.
Quanta
Skupaj s kolegi smo razvili teorijo zanke kvantne gravitacije (LQG) in poskušali razviti dolgo pričakovano kvantno teorijo gravitacije. Da bi razložil izjemno pomembnost slednjega in njegovo povezavo z diskretnostjo prostora in časa, moram spregovoriti nekaj o kvantni teoriji in teoriji gravitacije.
Nastanek kvantne mehanike v prvi četrtini 20. stoletja. je bil povezan z dokazom, da je snov sestavljena iz atomov. Kvantne enačbe zahtevajo, da lahko določene količine, kot so energije atoma, zavzamejo le določene diskretne vrednosti. Kvantna mehanika natančno opisuje lastnosti in obnašanje atomov, osnovnih delcev in sil, ki jih vežejo. Najuspešnejša kvantna teorija v zgodovini znanosti je osnova našega razumevanja kemije, atomske in subatomske fizike, elektronike in celo biologije.
V istih desetletjih kot kvantna mehanika je Albert Einstein razvil splošno teorijo relativnosti, ki je teorija gravitacije. Po njej sila gravitacije nastane kot posledica ukrivljanja prostora in časa (ki skupaj tvorita prostor-čas) pod vplivom materije. 
Predstavljajte si težko žogo, postavljeno na gumijasto ponjavo in majhno žogico, ki se kotali blizu velike. Kroglice lahko obravnavamo kot Sonce in Zemljo, list pa kot prostor. Težka žoga ustvari v gumijasti vdolbino, po nagibu katere se manjša žogica kotali proti večji, kot da bi jo neka sila - gravitacija - vlekla v to smer. Na enak način vsaka snov ali kup energije popači geometrijo prostora-časa, privlači delce in svetlobne žarke; Ta pojav imenujemo gravitacija.
Ločeno sta bili eksperimentalno preverjeni kvantna mehanika in Einsteinova splošna teorija relativnosti. Vendar pa primer, v katerem bi lahko obe teoriji preizkusili hkrati, ni bil nikoli raziskan. Dejstvo je, da so kvantni učinki opazni le na majhnih merilih, da bi učinki splošne teorije relativnosti postali opazni, pa so potrebne velike mase. Oba pogoja je možno združiti le v izrednih okoliščinah.
Poleg pomanjkanja eksperimentalnih podatkov obstaja velika konceptualna težava: Einsteinova splošna teorija relativnosti je popolnoma klasična, tj. nekvantno. Da bi zagotovili logično celovitost fizike, je potrebna kvantna teorija gravitacije, ki združuje kvantno mehaniko s splošno teorijo relativnosti v kvantno teorijo prostora-časa.
Fiziki so razvili veliko matematičnih postopkov za pretvorbo klasične teorije v kvantno teorijo. Mnogi znanstveniki so jih zaman poskušali uporabiti v splošni teoriji relativnosti.
Izračuni, izvedeni v šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, so pokazali, da kvantne mehanike in splošne teorije relativnosti ni mogoče združiti. Zdelo se je, da bi situacijo lahko rešila le uvedba povsem novih postulatov, dodatnih delcev, polj ali objektov drugačne vrste. Eksotičnost enotne teorije bi se morala pokazati le v tistih izjemnih primerih, ko postanejo pomembni tako kvantnomehanski kot gravitacijski učinki. V poskusih doseganja kompromisa so se rodile smeri, kot so teorija twistorjev, nekomutativna geometrija in supergravitacija.
Med fiziki je zelo priljubljena teorija strun, po kateri je poleg treh znanih prostorskih dimenzij še šest ali sedem, ki jih še nihče ni uspel opaziti. Teorija strun napoveduje tudi obstoj številnih novih osnovnih delcev in sil, ki niso bili nikoli potrjeni z opazovanjem. Nekateri znanstveniki verjamejo, da je del tako imenovane M-teorije, vendar na žalost še ni predlagana natančna definicija. Zato so številni strokovnjaki prepričani, da je treba raziskati razpoložljive alternative. Naša zankasta kvantna teorija gravitacije je najbolj razvita od teh.
Velika vrzel
Sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja. Skupaj z Abhayem Ashtekarjem, Tedom Jacobsonom in Carlom Rovellijem smo se odločili, da ponovno poskusimo poenotiti kvantno mehaniko in splošno teorijo relativnosti z uporabo standardnih metod. Dejstvo je, da je obstajala pomembna vrzel v negativnih rezultatih, pridobljenih v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja: izračuni so predpostavljali, da je geometrija prostora zvezna in gladka, ne glede na to, koliko podrobnosti smo jo pregledali. Ljudje so na materijo gledali na povsem enak način pred odkritjem atomov.
Zato smo se odločili, da opustimo koncept gladkega zveznega prostora in ne uvajamo nobenih hipotez razen dobro preizkušenih eksperimentalnih določb splošne teorije relativnosti in kvantne mehanike. Naši izračuni so zlasti temeljili na dveh ključnih načelih Einsteinove teorije.
Prva med njimi - neodvisnost od okolja - oznanja, da geometrija prostora-časa ni fiksna, ampak je spreminjajoča se dinamična količina. Za določitev geometrije je treba rešiti vrsto enačb, ki upoštevajo vpliv snovi in energije ter. Mimogrede, sodobna teorija strun ni neodvisna od okolja: enačbe, ki opisujejo strune, so oblikovane v določenem klasičnem (tj. nekvantnem) prostoru-času.
Drugo načelo, imenovano "difeomorfna invariantnost", navaja, da lahko svobodno izberemo kateri koli koordinatni sistem za prikaz prostora-časa in sestavljanje enačb. Točka v prostoru-času je definirana samo z dogodki, ki se v njej fizično dogajajo, in ne z njenim položajem v nekem posebnem koordinatnem sistemu (posebnih koordinat ni). Difeomorfna invariantnost je izjemno pomembno temeljno stališče splošne teorije relativnosti.
S skrbno kombinacijo obeh principov s standardnimi metodami kvantne mehanike smo razvili matematični jezik, ki nam je omogočil izvedbo potrebnih izračunov za določitev, ali je prostor diskreten ali zvezen. Na naše veselje so izračuni pokazali, da je prostor kvantiziran! Tako smo postavili temelje za teorijo zanke kvantne gravitacije. Mimogrede, izraz "zanka" je bil skovan, ker so nekateri izračuni vključevali majhne zanke, izolirane v prostor-času.
Številni fiziki in matematiki so z različnimi metodami preverili naše izračune. V zadnjih letih se je teorija zanke kvantne gravitacije okrepila zahvaljujoč prizadevanjem znanstvenikov z vsega sveta. Opravljeno delo nam omogoča, da zaupamo sliki prostora-časa, ki jo bom opisal spodaj.
Naša kvantna teorija govori o strukturi prostora-časa na najmanjših lestvicah in da bi jo razumeli, moramo pogledati njene napovedi za majhno območje ali prostornino. Ko se ukvarjamo s kvantno fiziko, je pomembno določiti, katere fizikalne količine je treba izmeriti. Predstavljajte si določeno regijo, označeno z mejo B (glej spodnjo sliko), ki jo lahko definira materialni predmet (na primer lupina iz litega železa) ali neposredno geometrija prostora-časa (na primer obzorje dogodkov v primeru črne luknje). Kaj se zgodi, ko izmerimo prostornino opisane površine? Kakšni so možni rezultati, ki jih omogočata kvantna teorija in difeomorfna invariantnost? Če je geometrija prostora zvezna, je lahko zadevno območje poljubno veliko, njegov obseg pa je mogoče izraziti s poljubnim realnim pozitivnim številom, zlasti poljubno blizu nič. Če pa je geometrija zrnata, lahko rezultat meritve pripada samo diskretnemu nizu števil in ne more biti manjši od neke minimalne možne prostornine. Spomnimo se, kakšno energijo ima lahko elektron, ki kroži okoli atomskega jedra? V okviru klasične fizike - vse, vendar kvantna mehanika dovoljuje le določene, strogo določene diskretne vrednosti energije in. Razlika je enaka kot med merjenjem prostornine tekočine, ki tvori neprekinjen tok (z vidika znanstvenikov 18. stoletja), in določanjem količine vode, katere atome je mogoče prešteti.
Po teoriji zanke kvantne gravitacije je prostor kot atomi: števila, dobljena z merjenjem prostornine, tvorijo diskretno množico, tj. volumen se spreminja v posameznih obrokih. Druga količina, ki jo je mogoče izmeriti, je površina meje B, ki se prav tako izkaže za diskretno. Z drugimi besedami, prostor ni zvezen in je sestavljen iz določenih kvantnih enot površine in prostornine.
Možne vrednosti prostornine in površine se merijo v enotah, ki izhajajo iz Planckove dolžine, ki je povezana s silo gravitacije, velikostjo kvantov in hitrostjo svetlobe. Planckova dolžina je zelo majhna: 10 -33 cm; določa merilo, pri katerem geometrije prostora ni več mogoče šteti za zvezno. Najmanjša možna neničelna površina je približno enaka kvadratu Planckove dolžine ali 10 -66 cm 2 . Najmanjša možna prostornina razen nič je kocka Planckove dolžine ali 10 -99 cm 3 . Tako po teoriji vsak kubični centimeter prostora vsebuje približno 1099 atomov volumna. Prostorninski kvant je tako majhen, da je takih kvantov v kubičnem centimetru več kot kubičnih centimetrov v vidnem vesolju (10 85).
Spin mreže
Kako izgledajo kvanti prostornine in površine? Morda je vesolje sestavljeno iz ogromnega števila drobnih kock ali kroglic? Ne, ni tako preprosto. Kvantna stanja volumna in ploščine upodabljamo v obliki diagramov, ki niso brez svoje lepote. Predstavljajte si območje prostora v obliki kocke (glejte sliko spodaj). Stopnice in pena
Delci in polja niso edina gibljiva telesa. Po splošni teoriji relativnosti se s premikanjem materije in energije prostor spreminja, valovi lahko celo prehajajo skozenj, kot valovanje na jezeru. V teoriji zanke kvantne gravitacije so takšni procesi predstavljeni z diskretnimi transformacijami spinske mreže, pri kateri se povezljivost grafov spreminja korak za korakom (glej spodnjo sliko).
Pri opisovanju kvantnomehanskih pojavov fiziki računajo verjetnost različnih procesov. Enako storimo, ko uporabimo teorijo zanke kvantne gravitacije za opis spremembe v geometriji prostora ali gibanja delcev in polj v vrtilni mreži. Thomas Thiemann z Inštituta za teoretično fiziko v Waterlooju je izpeljal natančne izraze za izračun kvantne verjetnosti korakov vrtljive mreže. Posledično se je pojavil jasen postopek za izračun verjetnosti katerega koli procesa, ki se lahko zgodi v svetu, ki ga urejajo pravila naše zdaj popolnoma oblikovane teorije. Vse, kar ostane, je izračunati in napovedati, kaj lahko opazimo v določenih poskusih.
V teoriji relativnosti sta prostor in čas neločljiva in predstavljata en sam prostor-čas. Ko se v teorijo zanke kvantne gravitacije uvede koncept prostor-časa, se spinske mreže, ki predstavljajo prostor, spremenijo v tako imenovano spinsko peno. Z dodatkom še ene dimenzije – časa – se črte vrtilne mreže razširijo in postanejo dvodimenzionalne površine, vozlišča pa se raztegnejo v črte. Prehodi, pri katerih se vrtilna mreža spreminja (zgoraj opisani koraki), so zdaj predstavljeni z vozlišči, kjer se penaste linije zbližujejo. Pogled na prostor-čas kot vrtljivo peno je predlagalo več raziskovalcev, med njimi Carlo Rovelli, Mike Reisenberger, John Barrett, Louis Crane, John Baez ) in Fotini Markopoulou.
Posnetek dogajanja je kot prerez prostora-časa. Podobna rezina spin pene predstavlja spin mrežo. Vendar se ne zmotite, da se ravnina rezanja neprekinjeno premika kot gladek tok časa. Tako kot je prostor definiran z diskretno geometrijo spin mreže, je čas definiran z zaporedjem posameznih korakov, ki preurejajo mrežo (glej sliko na strani 55). Tako je tudi čas diskreten. Čas ne teče kot reka, ampak tiktaka kot ura. Interval med "tiki" je približno enak Planckovemu času ali 10 -43 s. Natančneje, čas v našem vesolju se meri z neštetimi urami: kjer pride do kvantnega koraka v vrtilni peni, ura naredi en "tik".
Napovedi in testi
Teorija zanke kvantne gravitacije opisuje prostor in čas na Planckovi lestvici, ki je za nas premajhna. Torej, kako ga preizkusimo? Prvič, zelo pomembno je ugotoviti, ali je klasično splošno relativnost mogoče izpeljati kot približek kvantni gravitaciji v zanki. Z drugimi besedami, če so vrtilne mreže kot niti, iz katerih je tkana tkanina, potem je vprašanje, ali bo mogoče pravilno izračunati elastične lastnosti kosa materiala s povprečenjem na tisoče niti. Ali dobimo opis "gladke tkanine" klasičnega Einsteinovega prostora, če izračunamo povprečje vrtilne mreže po številnih Planckovih dolžinah? Pred kratkim so znanstveniki uspešno rešili ta zapleten problem za več posebnih primerov, tako rekoč za določene materialne konfiguracije. Na primer, nizkofrekvenčne gravitacijske valove, ki se širijo v ravnem (neukrivljenem) prostoru, lahko obravnavamo kot vzbujanje določenih kvantnih stanj, opisanih v skladu s teorijo zanke kvantne gravitacije.
Izkazalo se je, da je dober test zančne kvantne gravitacije ena od dolgotrajnih skrivnosti o termodinamiki črnih lukenj in zlasti o njihovi entropiji. Fiziki so razvili termodinamični model črne luknje, ki se opira na hibridno teorijo, v kateri se materija obravnava kvantno mehansko, prostor-čas pa ne. Zlasti v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. Jacob D. Bekenstein je izpeljal, da je entropija črne luknje sorazmerna z njeno površino (glej članek »Informacije v holografskem vesolju«, »V svetu znanosti«, št. 11, 2003). Stephen Hawking je kmalu prišel do zaključka, da morajo črne luknje, zlasti majhne, oddajati sevanje.
Za izvedbo podobnih izračunov v okviru teorije zanke kvantne gravitacije vzamemo mejo območja B za obzorje dogodkov črne luknje. Z analizo entropije pripadajočih kvantnih stanj dobimo točno Bekensteinovo napoved. Z enakim uspehom naša teorija ne reproducira le Hawkingove napovedi o sevanju črne luknje, temveč nam omogoča tudi opis njene fine strukture. Če bi kdaj opazili mikroskopsko črno luknjo, bi lahko teoretične napovedi preverili s preučevanjem njenega emisijskega spektra.
Na splošno je vsako eksperimentalno preverjanje teorije zanke kvantne gravitacije polno ogromnih tehničnih težav. Značilni učinki, ki jih opisuje teorija, postanejo pomembni šele na lestvici Planckove dolžine, ki je za 16 velikostnih redov manjša od tiste, ki jo bo mogoče v bližnji prihodnosti preučevati na najmočnejših pospeševalnikih (preučevanje manjših lestvic zahteva več energije).
Vendar pa so znanstveniki pred kratkim predlagali več dostopnih načinov za testiranje zanke kvantne gravitacije. Valovna dolžina svetlobe, ki se širi v mediju, je podvržena popačenju, kar povzroči lom in disperzijo žarkov. Podobne metamorfoze se zgodijo s svetlobo in delci, ki se premikajo skozi diskretni prostor, ki ga opisuje vrtilna mreža.
Na žalost je velikost omenjenih učinkov sorazmerna z razmerjem med Planckovo dolžino in valovno dolžino. Pri vidni svetlobi ne presega 10 -28, pri kozmičnih žarkih z največjo energijo pa približno milijardo. Z drugimi besedami, zrnatost strukture prostora ima izjemno šibek učinek na skoraj vsako opazno sevanje. Toda večjo kot potuje svetloba, bolj opazne so posledice diskretnosti vrtilne mreže. Sodobna oprema nam omogoča zaznavanje sevanja izbruhov žarkov gama, oddaljenih milijarde svetlobnih let (glej članek »Najsvetlejše eksplozije v vesolju«, »V svetu znanosti«, št. 4, 2003).
Z uporabo teorije zanke kvantne gravitacije sta Rodolfo Gambini in Jorge Pullin ugotovila, da morajo fotoni različnih energij potovati z nekoliko različnimi hitrostmi in doseči opazovalca ob različnih časih (glej spodnjo sliko). Satelitska opazovanja izbruhov sevanja gama nam bodo pomagala to preizkusiti. Natančnost sodobnih instrumentov je 1000-krat nižja od potrebne, vendar bo že leta 2006 izstreljen satelitski observatorij GLAST, katerega natančna oprema bo omogočila izvedbo dolgo pričakovanega eksperimenta.
Ali gre tukaj za protislovje s teorijo relativnosti, ki postulira konstantnost svetlobne hitrosti? Skupaj z Giovannijem Amelino-Camelio in Joaom Magueijem smo razvili spremenjene različice Einsteinove teorije, ki dopuščajo obstoj visokoenergijskih fotonov, ki potujejo z različnimi hitrostmi. Konstantnost hitrosti pa velja za nizkoenergijske fotone, tj. na dolgovalovno svetlobo.
Druga možna manifestacija diskretnosti prostora-časa je povezana s kozmičnimi žarki zelo visoke energije in. Pred več kot 30 leti so znanstveniki ugotovili, da bi morali protoni kozmičnih žarkov z energijo večjo od 3 * 10 19 eV razpršiti kozmično mikrovalovno ozadje, ki zapolnjuje prostor, in zato nikoli ne bodo dosegli Zemlje. Vendar pa je japonski eksperiment AGASA zabeležil več kot 10 dogodkov s kozmičnimi žarki še višje energije in. Izkazalo se je, da diskretnost prostora poveča energijo, potrebno za disperzijsko reakcijo, in omogoča visokoenergijskim protonom, da obiščejo naš planet. Če se ugotovitve japonskih znanstvenikov potrdijo in ne najdemo nobene druge razlage, potem lahko domnevamo, da je bila diskretnost prostora eksperimentalno potrjena.
Vesolje
Teorija zanke kvantne gravitacije nas sili, da vzamemo nov pogled na izvor vesolja in nam pomaga predstavljati, kaj se je zgodilo takoj po velikem poku. V skladu s splošno teorijo relativnosti je bil prvi, ničelni trenutek časa v zgodovini vesolja, kar ni v skladu s kvantno fiziko. Izračuni Martina Bojowalda, ki temeljijo na teoriji zanke kvantne gravitacije, kažejo, da je bil Veliki pok pravzaprav Veliki odboj, saj se je vesolje pred njim hitro sesedalo. Teoretiki že delajo na novih modelih zgodnjih faz razvoja vesolja, ki jih bodo kmalu preizkusili v kozmoloških opazovanjih. Možno je, da bova ti in jaz imela srečo in izvedela, kaj se je zgodilo pred velikim pokom.
Nič manj resno ni vprašanje kozmološke konstante: ali je gostota energije u, ki prežema »prazen« prostor, pozitivna ali negativna? Opazovanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja in oddaljenih supernov kažejo na obstoj temne energije. Poleg tega je pozitiven, ker se vesolje pospešeno širi. Z vidika teorije zanke kvantne gravitacije tu ni nobenega protislovja: že leta 1990 je Hideo Kodama sestavil enačbe, ki natančno opisujejo kvantno stanje vesolja s pozitivno kozmološko konstanto.
Številna vprašanja, tudi povsem tehnična, še niso rešena. Kakšne prilagoditve bi bilo treba narediti v posebni teoriji relativnosti pri izjemno visokih energijah (če sploh)? Ali bo teorija zanke kvantne gravitacije pomagala dokazati, da so različne sile, vključno z gravitacijo, vidiki ene same temeljne sile?
Morda je zankasta kvantna gravitacija res kvantna splošna teorija relativnosti, ker ne temelji na nobenih dodatnih predpostavkah, razen na osnovnih načelih kvantne mehanike in Einsteinove teorije. Sklep o diskretnosti prostora-časa, ki ga opisuje spinska pena, izhaja neposredno iz same teorije in ni uveden kot postulat.
Vendar je vse, o čemer sem tukaj razpravljal, teorija. Morda je prostor dejansko gladek in neprekinjen v katerem koli obsegu, ne glede na to, kako majhen je. Potem bodo morali fiziki uvesti dodatne radikalne postulate, kot v primeru teorije strun. In ker bo na koncu o vsem odločil eksperiment, imam dobro novico - situacija bo morda v bližnji prihodnosti bolj jasna.
Dodatna literatura:
 |  |  |  |
GLAVNI ZAKLJUČEK teorije zanke kvantne gravitacije se nanaša na volumne in površine. Oglejmo si območje prostora, omejeno s sferično lupino B (glej zgoraj). Po klasični (nekvantni) fiziki lahko njegovo prostornino izrazimo s poljubnim realnim pozitivnim številom. Vendar pa po teoriji zanke kvantne gravitacije obstaja absolutna najmanjša prostornina, ki ni enaka nič (približno enaka kocki Planckove dolžine, tj. 10 99 cm 3), vrednosti večjih prostornin pa so diskretne serije številk. Podobno obstaja najmanjša površina, ki ni enaka nič (približno kvadrat Planckove dolžine ali 10 66 cm 2 ) in diskretno območje večjih dovoljenih površin. Diskretni spektri dopustnih kvantnih površin (levo) in kvantnih volumnov (sredina) so na splošno podobni diskretnim kvantnim energijskim nivojem vodikovega atoma (desno).
 |
 |
DIAGRAMI, IMENOVANI SPINSKE MREŽE, se uporabljajo za predstavitev kvantnih stanj prostora na najmanjšem merilu dolžine. Na primer, kocka (a) je prostornina, obdana s šestimi kvadratnimi ploskvami. Ustrezna vrtilna mreža (b) vsebuje točko (vozlišče), ki predstavlja prostornino, in šest črt, ki predstavljajo robove. Številka poleg vozlišča označuje prostornino, številka poleg črte pa označuje območje ustreznega obraza. V obravnavanem primeru je prostornina enaka osmim kubičnim Planckovim enotam, vsaka od ploskev pa ima površino štirih kvadratnih Planckovih enot. (Pravila zanke kvantne gravitacije omejujejo dovoljene vrednosti volumnov in površin na določene vrednosti: na črtah in vozliščih se lahko nahajajo samo določene kombinacije števil.)
Če je piramida (c) postavljena na zgornjo ploskev kocke, mora črta, ki predstavlja to ploskev v vrtilnem omrežju, povezovati vozlišče kocke z vozliščem piramide (d). Črte, ki ustrezajo štirim prostim ploskevam piramide in petim prostim ploskevam kocke, naj segajo iz ustreznih vozlišč. (Za poenostavitev diagrama so bile številke izpuščene.)
Na splošno je v spin mreži en kvant območja prikazan z eno črto (e), območje, sestavljeno iz številnih kvantov, pa je označeno z veliko črtami (f). Podobno je en kvant volumna predstavljen z enim vozliščem (g), medtem ko večji volumen vsebuje veliko vozlišč (h).Tako je prostornina znotraj sferične lupine podana z vsoto vseh vozlišč v njej, površina pa je enaka vsoti vseh črt, ki potekajo skozi mejo regije.
Spinske mreže so bolj temeljne kot konstrukcije poliedrov: vsako kombinacijo poliedrov je mogoče predstaviti z ustreznim diagramom, vendar nekatere običajne spinske mreže predstavljajo kombinacije volumnov in površin, ki jih ni mogoče sestaviti iz poliedrov. Takšna vrtilna omrežja nastanejo, ko prostor ukrivijo močna gravitacijska polja ali kvantna nihanja geometrije na Planckovih lestvicah.
SPREMEMBA OBLIKE prostora, ko se v njem gibljeta snov in energija ter ko skozenj prehajajo gravitacijski valovi, je prikazana z diskretnimi preureditvami, stopnjami vrtilne mreže. Na sl. in povezana skupina treh prostorninskih kvantov se združi v enega; Možen je tudi obraten postopek. Na sl. b dva zvezka si delita prostor in sta s sosednjimi zvezki povezana na drugačen način. Ko sta upodobljena kot poliedra, sta dva poliedra združena vzdolž skupne ploskve in nato razcepljena, kot pri razcepu kristalov vzdolž druge ravnine. Takšni koraki v vrtilnem omrežju se ne zgodijo le z velikimi spremembami v geometriji prostora, temveč tudi z neprekinjenimi kvantnimi fluktuacijami na Planckovi lestvici.
Drug način za predstavitev korakov je, da diagramu dodate še eno dimenzijo - čas. Rezultat je vrtljiva pena (c). Črte vrtilne mreže postanejo ravnine, vozlišča pa v črte. Rezina vrtilne pene v določenem trenutku predstavlja spinsko mrežo. Po seriji takšnih izrezov bomo dobili kadre filma, ki pripoveduje o razvoju spin mreže skozi čas (d). Vendar upoštevajte, da se evolucija, ki se na prvi pogled zdi gladka in neprekinjena, v resnici odvija v sunkih. Vse vrtilne mreže, ki vsebujejo oranžno črto (prvi trije okvirji), prikazujejo popolnoma enako geometrijo prostora. Dolžina črt ni pomembna - za geometrijo je pomembno le, kako so črte povezane in kakšno številko ima katera izmed njih. označeno z. To je tisto, kar določa relativni položaj in velikost kvantov prostornine in površine. Tako na sliki d med prvimi tremi sličicami ostane geometrija nespremenjena - 3 prostorninski kvanti in 6 površinskih kvantov. Nato se prostor nenadoma spremeni: ostanejo 1 prostorninski kvant in 3 površinski kvanti, kot je prikazano v zadnjem okvirju. Tako se čas, ki ga določa vrtilna pena, ne spreminja neprekinjeno, temveč v zaporedju nenadnih diskretnih korakov.
In čeprav so zaradi jasnosti takšna zaporedja prikazana kot filmski okvirji, je pravilneje obravnavati razvoj geometrije kot diskretno tapkanje ure. Z eno "kljukico" je oranžna količina površine; naslednjič je izginil: pravzaprav je njegovo izginotje tisto, kar opredeljuje »kljukico«. Interval med zaporednimi "tiki" je približno enak Planckovemu času (10 -43 s), vendar čas med njima ne obstaja; ne more biti »vmes«, tako kot ni vode med dvema sosednjima molekulama H 2 O.
KO do izbruha žarkov gama pride MILIJARDE svetlobnih let stran, trenutna eksplozija proizvede velikansko količino žarkov gama. V skladu s teorijo zančne kvantne gravitacije foton, ki se giblje vzdolž spinske mreže, v vsakem trenutku zasede več vrstic, tj. nekaj prostora (v resnici je na kvant svetlobe veliko črt in ne pet, kot je prikazano na sliki). Diskretna narava vesolja povzroča, da imajo žarki gama višjo energijo in potujejo nekoliko hitreje. Razlika je zanemarljiva, a med vesoljskim potovanjem se učinek kopiči milijarde let. Če gama žarki različnih energij, ki nastanejo med izbruhom, prispejo na Zemljo ob različnih časih, je to dokaz v prid teoriji zančne kvantne gravitacije.Za leto 2006 je predvidena izstrelitev satelita GLAST, na krovu katerega bo nameščen dovolj občutljiv oprema za zaznavanje disperzijskega sevanja gama.
Prostori so med seboj povezani na določen način, tako da na majhnih merilih časa in dolžine ustvarjajo pestro, diskretno strukturo prostora, na velikih merilih pa se gladko spreminjajo v kontinuiran gladek prostor-čas.
Krožna gravitacija in fizika delcev
Ena od prednosti zančne kvantne teorije gravitacije je naravnost, s katero pojasnjuje standardni model fizike delcev.
Tako so Bilson-Thompson in soavtorji predlagali, da bi lahko teorija zanke kvantne gravitacije reproducirala standardni model s samodejnim poenotenjem vseh štirih temeljnih sil. Obenem je bilo mogoče s pomočjo preonov, predstavljenih v obliki brad (spletkov vlaknastega prostora-časa), zgraditi uspešen model prve generacije temeljnih fermionov (kvarkov in leptonov) z več oz. manj pravilna reprodukcija njihovih nabojev in paritet.
Izvirni članek Bilson-Thompson je predlagal, da bi lahko temeljne fermione druge in tretje generacije predstavili kot bolj zapletene brade, fermione prve generacije pa kot najpreprostejše možne brade, čeprav niso bile podane posebne predstavitve kompleksnih bradov. Menijo, da je treba električni in barvni naboj ter pariteto delcev, ki pripadajo generacijam višjega ranga, pridobiti na povsem enak način kot pri delcih prve generacije. Uporaba kvantnih računalniških metod je omogočila pokazati, da so tovrstni delci stabilni in ne razpadajo pod vplivom kvantnih fluktuacij.
Trakaste strukture v Bilson-Thompsonovem modelu so predstavljene kot entitete, sestavljene iz iste snovi kot sam prostor-čas. Čeprav Bilson-Thompsonovi dokumenti kažejo, kako je mogoče iz teh struktur pridobiti fermione in bozone, v njih ni obravnavano vprašanje, kako bi lahko pridobili Higgsov bozon z bradingom.
L. Freidel ( L. Freidel), J. Kowalski-Glickman ( J. Kowalski-Glikman) in A. Starodubtsev sta v svojem članku iz leta 2006 predlagala, da je mogoče osnovne delce predstaviti z uporabo Wilsonovih linij gravitacijskega polja, kar pomeni, da lahko lastnosti delcev (njihova masa, energija in spin) ustrezajo lastnostim Wilsonovih zank - osnovnih objektov teorije zanke kvantne gravitacije. To delo lahko razumemo kot nadaljnjo teoretično podporo Bilson–Thompsonovemu preonskemu modelu.
Uporaba modelnega formalizma spin peno, ki je neposredno povezana s teorijo zančne kvantne gravitacije in le na podlagi začetnih principov slednje je mogoče reproducirati tudi nekatere druge delce standardnega modela, kot so fotoni, gluoni in gravitoni – ne glede na Bradson -Thompsonova shema za fermione. Vendar od leta 2006 še ni bilo mogoče izdelati helonskih modelov s tem formalizmom. Model helon ne vsebuje bradov, ki bi jih lahko uporabili za konstrukcijo Higgsovega bozona, vendar načeloma ta model ne zanika možnosti obstoja tega bozona v obliki nekakšnega sestavljenega sistema. Bilson-Thompson ugotavlja, da ker imajo delci z večjimi masami na splošno bolj zapleteno notranjo strukturo (vključno z zvijanjem bradov), je ta struktura lahko povezana z mehanizmom nastanka mase. Na primer, v Bilson-Thompsonovem modelu struktura fotona z ničelno maso ustreza nezasukanim bradom. Res je, da ostaja nejasno, ali model fotona, dobljen v formalizmu spinske pene, ustreza Bilson-Thompsonovemu fotonu, ki je v njegovem modelu sestavljen iz treh nesukanih trakov (možno je, da je v okviru spinske pene mogoče konstruirati več različic fotonskega modela formalizem).
Sprva je bil pojem "preon" uporabljen za označevanje točkovnih poddelcev, vključenih v strukturo fermionov s polspinom (leptoni in kvarki). Kot smo že omenili, uporaba točkastih delcev vodi do masnega paradoksa. V Bilson-Thompsonovem modelu trakovi niso "klasične" točkovne strukture. Bilson-Thompson uporablja izraz "preon", da ohrani kontinuiteto v terminologiji, vendar se s tem izrazom nanaša na širši razred objektov, ki so komponente strukture kvarkov, leptonov in merilnih bozonov.
Za razumevanje Bilson-Thompsonovega pristopa je pomembno, da so v njegovem preonskem modelu osnovni delci, kot je elektron, opisani v smislu valovnih funkcij. Vsota kvantnih stanj spin pene, ki ima koherentne faze, je opisana tudi v smislu valovne funkcije. Zato je mogoče z uporabo formalizma spinske pene pridobiti valovne funkcije, ki ustrezajo osnovnim delcem (fotonom in elektronom). Trenutno je združevanje teorije osnovnih delcev s teorijo zanke kvantne gravitacije zelo aktivno področje raziskav.
Oktobra 2006 je Bilson-Thompson spremenil svoj članek in ugotovil, da čeprav je bil njegov model navdihnjen s preonskimi modeli, to ni preon v strogem pomenu besede, tako da se lahko topološki diagrami iz njegovega preonskega modela najverjetneje uporabljajo v drugih temeljnih teorijah. , kot je na primer M-teorija. Teoretične omejitve, ki veljajo za preonske modele, za njegov model niso uporabne, saj v njem lastnosti osnovnih delcev ne izhajajo iz lastnosti poddelcev, temveč iz povezav teh poddelcev med seboj (brads). Ena od možnosti je na primer "vdelava" preonov v M-teorijo ali v teorijo zanke kvantne gravitacije.
Sabine Hossenfelder je predlagala obravnavo dveh alternativnih kandidatov za "teorijo vsega" - teorije strun in zanke kvantne gravitacije - kot strani istega kovanca. Da bi zagotovili, da zančna kvantna gravitacija ni v nasprotju s posebno teorijo relativnosti, je treba uvesti interakcije, ki so podobne tistim, ki jih obravnava teorija strun. .
Problemi teorije
V spremenjeni različici svojega prispevka Bilson-Thompson priznava, da nerešeni problemi v njegovem modelu ostajajo masni spekter delcev, vrtljaji, Cabibbovo mešanje in potreba po povezavi njegovega modela z bolj temeljnimi teorijami.
Kasnejša različica članka opisuje dinamiko bradov z uporabo Puchnerjevih prehodov. Pachner se premika).
Poglej tudi
Viri
- , "Elementi velike znanosti"
Napišite recenzijo članka "Loop Quantum Gravity"
Literatura
- Lee Smolin, Tri poti do kvantne gravitacije, Osnovne knjige, 2001.
- John Baez Kvant površine?, Narava, letnik 421, str. 702–703; februar 2003.
- Lee Smolin, arxiv.org/hep-th/0303185.
- Dobrodošli v Quantum Gravity. Special Section, Physics World, Vol.16, No.11, pp. 27–50; november 2003.
- Oleg Fejgin.. - M.: Eksmo, 2012. - 288 str. - (Skrivnosti vesolja). - 3000 izvodov. - ISBN 9785699530168.
Opombe
| Teorije gravitacije | |||
| Standardne teorije gravitacije | Alternativne teorije gravitacije | Kvantne teorije gravitacije | Enotne teorije polja |
|---|---|---|---|
Klasična fizika
Načela
|
Klasična
Relativistično |
|
Večdimenzionalno
Strune
drugi |
Odlomek, ki označuje Loop Quantum Gravity
V Plešastih gorah, posestvu kneza Nikolaja Andrejeviča Bolkonskega, so vsak dan pričakovali prihod mladega princa Andreja in princese; vendar čakanje ni zmotilo urejenega reda, v katerem je potekalo življenje v hiši starega kneza. Generalni vrhovni knez Nikolaj Andrejevič, ki se je v družbi imenoval le roi de Prusse, [pruski kralj], od takrat, ko je bil pod Pavlom izgnan v vas, je neprekinjeno živel v svojih Plešastih gorah s svojo hčerko, princeso Marijo, in s svojo spremljevalko, m lle Bourienne. [Mademoiselle Bourien.] In med novo vladavino je, čeprav mu je bil dovoljen vstop v prestolnice, še naprej živel na podeželju in rekel, da bo, če ga bo kdo potreboval, potoval sto in pol milj od Moskve do Balda. Gore, a kaj bi on nihče ali nič ne potrebuje. Rekel je, da obstajata samo dva vira človeških slabosti: brezdelje in praznoverje, in da obstajata samo dve vrlini: aktivnost in inteligenca. Sam je sodeloval pri vzgoji svoje hčerke in ji je, da bi v njej razvil obe glavni vrlini, do njenega dvajsetega leta dajal pouk algebre in geometrije ter vse življenje posvetil nenehnemu študiju. Sam je bil ves čas zaposlen bodisi s pisanjem svojih spominov, bodisi z računanjem višje matematike, bodisi z obračanjem njuhalk na stroju ali z delom na vrtu in opazovanjem zgradb, ki se niso ustavile na njegovem posestvu. Ker je glavni pogoj za delovanje red, je bil red v njegovem načinu življenja priveden do največje stopnje natančnosti. Njegovi izleti na mizo so potekali pod enakimi nespremenjenimi pogoji in ne le ob isti uri, ampak tudi ob isti minuti. Do ljudi okoli sebe, od hčerke do služabnikov, je bil princ oster in vedno zahteven, zato je, ne da bi bil surov, do sebe vzbujal strah in spoštovanje, ki ga najbolj okruten človek ni zlahka dosegel. Kljub temu, da je bil upokojen in zdaj ni imel nobenega pomena v državnih zadevah, je vsak glavar province, kjer je bilo knežje posestvo, štel za svojo dolžnost priti k njemu in tako kot arhitekt, vrtnar ali princesa Marija čakal na določena ura prinčevega nastopa v visoki natakarji. In vsi v tej natakarici so izkusili enak občutek spoštovanja in celo strahu, medtem ko so se ogromno visoka vrata pisarne odprla in prikazala se je nizka postava starca v napudrani lasulji, z majhnimi suhimi rokami in sivimi povešenimi obrvmi, ki včasih, ko se je namrščil, je zakril sijaj pametnih ljudi in vsekakor mladih, iskrivih oči.Na dan prihoda mladoporočencev je zjutraj, kot običajno, princesa Marya ob določeni uri vstopila v sobo natakarice za jutranje pozdrave in se od strahu prekrižala ter prebrala notranjo molitev. Vsak dan je vstopila in vsak dan je molila, da bi ta dnevni sestanek potekal dobro.
Napudrasti stari služabnik, ki je sedel v natakarjevi sobi, je s tihim gibom vstal in šepetaje sporočil: "Prosim."
Izza vrat so se slišali enotni zvoki stroja. Princesa je plaho potegnila vrata, ki so se zlahka in gladko odprla, in obstala pri vhodu. Princ je delal za strojem in, ko se je ozrl nazaj, nadaljeval svoje delo.
Ogromna pisarna je bila polna stvari, ki so bile očitno v stalni uporabi. Velika miza, na kateri so ležale knjige in načrti, visoke steklene knjižnične omare s ključi v vratih, visoka pisalna miza, na kateri je ležal odprt zvezek, stružnica z razloženim orodjem in raztreseni oblanci – vse je kazalo stalno, pestro in urejene dejavnosti. Iz gibov njegove majhne noge, obute v tatarski škorenj, izvezen s srebrom, in iz čvrstega prileganja njegove žilave, suhe roke je bilo videti v princu trmasto in trajno moč sveže starosti. Ko je naredil nekaj krogov, je vzel nogo s pedala stroja, obrisal dleto, ga vrgel v usnjen žep, pritrjen na stroj, in stopil do mize ter poklical svojo hčerko. Nikoli ni blagoslavljal svojih otrok in je le, ko ji je pokazal svoje strnišče, zdaj neobrito lice, rekel ter jo pogledal strogo in hkrati previdno:
- Ste zdravi? ... no, sedite!
Vzel je zvezek za geometrijo, ki ga je lastnoročno pisal, in z nogo potisnil stol naprej.
- Za jutri! - je rekel, hitro našel stran in jo s trdim žebljem označil od odstavka do odstavka.
Princesa se je sklonila na mizo nad svoj zvezek.
»Počakaj, pismo je zate,« je nenadoma rekel starec, iz žepa nad mizo vzel z žensko roko napisano ovojnico in jo vrgel na mizo.
Princesin obraz se je ob pogledu na pismo pokril z rdečimi lisami. Naglo jo je vzela in se sklonila k njemu.
- Od Eloise? - je vprašal princ in s hladnim nasmehom pokazal svoje še vedno močne in rumenkaste zobe.
"Ja, od Julie," je rekla princesa, plaho pogledala in se plaho nasmehnila.
"Še dve pismi bom zamudil, tretje pa bom prebral," je ostro rekel princ, "bojim se, da pišeš veliko neumnosti." Prebral bom tretjega.
»Vsaj to preberi, mon pere, [oče],« je odgovorila princesa, še bolj zardela in mu podala pismo.
»Tretjič, sem rekel, tretjič,« je kratko zavpil princ, odrinil pismo in se s komolci oprl na mizo, potegnil iz rok zvezek z geometrijskimi risbami.
»No, gospa,« je začel starec, se sklonil k svoji hčerki nad zvezek in eno roko položil na naslonjalo stola, na katerem je sedela princesa, tako da se je princesa z vseh strani počutila obdana s tem tobakom in senilnostjo. oster vonj po očetu, ki ga je poznala že tako dolgo. - No, gospa, ti trikotniki so podobni; bi radi videli, kot abc...
Princesa je prestrašeno pogledala očetove iskrive oči blizu sebe; rdeče lise so se ji lesketale po obrazu in jasno je bilo, da ničesar ne razume in se tako bala, da ji strah ne bo razumela vseh nadaljnjih očetovih razlag, pa naj bodo še tako jasne. Naj je bil kriv učitelj ali učenec, ponavljalo se je vsak dan isto: princeskine oči so se zameglile, ničesar ni videla, ničesar slišala, čutila je samo suhi obraz svojega strogega očeta blizu sebe, čutila je njegov dih in vonj in razmišljala samo o tem, kako bi lahko hitro zapustila pisarno in razumela problem v svojem odprtem prostoru.
Starec je izgubil živce: z glasnim hrupom je potiskal stol, na katerem je sedel, se trudil, da se ne bi vznemiril, in skoraj vsakič, ko se je vznemiril, preklinjal in včasih vrgel svoj zvezek.
Princesa se je zmotila pri odgovoru.
- No, zakaj ne bi bil norec! - je zavpil princ, odrinil zvezek in se hitro obrnil, a takoj vstal, se sprehodil, se z rokami dotaknil princesinih las in se spet usedel.
Približal se je in nadaljeval s svojo interpretacijo.
»Nemogoče je, princeska, nemogoče je,« je rekel, ko se je princeska, ko je vzela in zaprla zvezek z zadanimi lekcijami, že pripravljala na odhod, »matematika je super stvar, gospa.« In nočem, da ste kot naše neumne dame. Bo vzdržal in se zaljubil. « Z roko jo je potrepljal po licu. - Neumnosti vam bodo skočile iz glave.
Hotela je ven, on jo je s kretnjo ustavil in z visoke mize vzel novo nerezano knjigo.
- Tukaj je še en ključ zakramenta, ki vam ga pošilja Eloise. Verski. In ne posegam v nikogaršnjo vero ... Pregledal sem. Vzemi. No, pojdi, pojdi!
Potrepljal jo je po rami in zaklenil vrata za njo.
Princesa Marya se je vrnila v svojo sobo z žalostnim, prestrašenim izrazom, ki jo je le redkokdaj zapustil in je njen grdi, bolehani obraz naredil še bolj grd, in sedla za svojo mizo, obloženo z miniaturnimi portreti in polno z zvezki in knjigami. Princesa je bila tako neurejena, kot je bil spodoben njen oče. Odložila je zvezek za geometrijo in nestrpno odprla pismo. Pismo je bilo od princesinega najbližjega prijatelja iz otroštva; ta prijateljica je bila ista Julie Karagina, ki je bila na rojstnem dnevu Rostovih:
Julie je napisal/a:
"Chere et excellente amie, quelle chose terrible et effrayante que l"absence! J"ai beau me dire que la moitie de mon obstoj et de mon bonheur est en vous, que malgre la distance qui nous separe, nos coeurs sont unis par des nerazdružljive zastavne pravice; 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 consider si doux, si calme et si penetrant, consider que j"aimais tant et que "je crois voir devant moi, quand je vous ecris."
[Dragi in neprecenljivi prijatelj, kako strašna in strašna stvar je ločitev! Ne glede na to, koliko si govorim, da je polovica mojega obstoja in moje sreče v tebi, da kljub razdalji, ki naju ločuje, najini srci povezujejo neločljive vezi, se moje srce upira usodi in kljub užitkom in motnjam, ki obdaja me, ne morem potlačiti neke prikrite žalosti, ki jo doživljam v globini srca od najine ločitve. Zakaj nisva skupaj, kot prejšnje poletje, v tvoji veliki pisarni, na modrem kavču, na kavču »izpovedi«? Zakaj ne morem, tako kot pred tremi meseci, črpati nove moralne moči iz tvojega pogleda, krotkega, mirnega in prodornega, ki sem ga tako ljubil in ga vidim pred seboj v trenutku, ko ti pišem?]
Ko je prebrala do te točke, je princesa Marya vzdihnila in se ozrla nazaj na toaletno mizico, ki je stala na njeni desni. Zrcalo je odsevalo grdo, šibko telo in suh obraz. Oči, vedno žalostne, so se zdaj še posebej brezupno gledale v zrcalu. »Laska mi,« je pomislila princesa, se obrnila stran in nadaljevala z branjem. Vendar Julie ni laskala svoji prijateljici: res, princesine oči, velike, globoke in sijoče (kot da bi žarki tople svetlobe včasih prihajali iz njih v snopih), so bile tako lepe, da so bile zelo pogosto kljub grdoti njene cele obrazu, so te oči postale privlačnejše od lepote. Toda princesa še nikoli ni videla lepega izraza v njenih očeh, izraza, ki so ga dobile v tistih trenutkih, ko ni mislila nase. Kot pri vseh ljudeh je njen obraz dobil napet, nenaraven, slab izraz, takoj ko se je pogledala v ogledalo. Nadaljevala je z branjem: 211
K pisanju opombe o zanki kvantni gravitaciji me je spodbudilo več stvari. In ena od njih je na to temo, iz katere "nevedoč" komajda sploh razume, o čem se razpravlja. To je preprosto briljantno in popolnoma neuporabno za Wikipedijo:
V svojem članku iz leta 2005 je Sundance Bilson-Thompson predlagal model (očitno temelji na splošnejši teoriji pletenice M. Khovanova), v katerem so bili risoni Hararija preoblikovani v razširjene traku podobne predmete, imenovane ribbons. Potencialno bi to lahko pojasnilo razloge za samoorganizacijo podkomponent osnovnih delcev, kar vodi do nastanka barvnega naboja, medtem ko so bili v prejšnjem preonskem (Rishon) modelu osnovni elementi točkasti delci, barvni naboj pa je bil postuliran. Bilson-Thompson imenuje svoje podaljšane trakove "geloni", svoj model pa gelon. Ta model vodi do razlage električnega naboja kot topološke entitete, ki nastane, ko se trakovi zvijejo.
Normalnemu človeku ni jasno, ampak tukaj je stvar.
Prvo znano teorijo gravitacije je ustvaril Aristotel. Verjel je, da telesa padajo z različnimi hitrostmi, ki so premo sorazmerne z maso in obratno sorazmerne z gostoto medija. To je skoraj res v prisotnosti trenja. Vendar pa teorija takrat še ni imela velikega praktičnega pomena.
Znanstveno teorijo gravitacije je ustvaril Newton, vsi so se jo učili v šoli, zato vas ne bom spominjal. Newton je opisal zakon, po katerem se telesa privlačijo. Toda do 20. stoletja so se fiziki preusmerili od izpeljave zakonov k iskanju vzrokov. Pomembno vprašanje ni "kako", ampak "zakaj". In nihče drug kot Einstein je predlagal teorijo gravitacije, ki temelji na Riemannovi geometriji: gravitacijo določa ukrivljenost štiridimenzionalnega prostora-časa. Izkazalo se je, da je fizika modelirana s precej abstraktno geometrijo. Teorija je elegantna in eksperimentalno potrjena.
Vendar se fiziki tu niso ustavili. Dejstvo je, da se je v 20-30-ih letih razvila kvantna mehanika, ki se je precej hitro razvila v kvantno teorijo polja. Gre za to, da fizikalne količine niso več zvezne, temveč zavzemajo postopne, diskretne vrednosti. Na primer energija. V kvantni teoriji polja so kvanti, nekateri nedeljivi »kosi«, postali »nosilci« temeljnih interakcij. Najpreprostejša stvar so fotoni v elektrodinamiki (ali na primer fotoni svetlobe). Ali gluoni – v močni interakciji kvarkov. Toda bistvo je podobno. Poleg tega so bile teorije zgrajene tako, da je bilo na mikronivoju možno »delovati« na kvantnem nivoju, z neprekinjenim prehodom na makro nivo pa so bile pridobljene vse tipične lastnosti polja. V fiziki poznamo 4 vrste temeljnih polj (interakcij), od tega so tri kvantizirane. Ampak ne gravitacija. Še več, izkazalo se je, da so problemi kvantiziranja gravitacijskega polja tako temeljni, da so fiziki začeli iskati druge načine za »povezavo« vseh temeljnih polj (zakaj? da bi razložili, kako svet deluje) ter teorije strun in druge teorije Vse se je pojavilo na podlagi eksotičnih prostorov in simetrij.
Vse te teorije so imele eno lastnost, ki so jo matematiki zelo ljubili - geometrija prostora je veljala za neprekinjeno in gladko. Pravzaprav je tako v Riemannovi geometriji, ki jo uporablja Einstein. Sredi 80-ih so Lee Smolin in njegovi kolegi tvegali opustitev gladkosti in kontinuitete in jim je prvič uspelo zgraditi konsistenten kvantni model gravitacije, pod pogojem, da je bil tudi prostor kvantiziran! To pomeni, da je sestavljen iz "celic" Planckove dolžine (deset minus 33 cm), povezanih na bizaren način. Zaradi lažje predstavitve so namesto celic začeli upoštevati vozlišča, njihove povezave pa tvorijo tisto, kar so začeli imenovati vrtilno mrežo. To vam omogoča, da določite katero koli geometrijo, ne glede na to, kako ukrivljena je. Nepričakovano je navidezno abstraktna matematična disciplina - topologija - tukaj nenadoma postala povpraševanje, saj je ona tista, ki preučuje tovrstne predmete.
Toda vrtljivo omrežje je le trenutni »posnetek« stanja. V resnici se v vsakem trenutku v svetu nekaj zgodi, kar se izraža v transformaciji omrežja. Pokliče se omrežje plus čas spin peno, saj sčasoma omrežje nenehno »kipi« in doživlja neskončne transformacije. Tudi čas se je »izkazal« za diskretnega, z intervalom med »tiki« deset minus 43 cm.
Kot vsaka dobra teorija (in ta se, mimogrede, razlikuje od teorije strun), tudi kvantna teorija gravitacije omogoča eksperimente, ki jo lahko potrdijo ali ovržejo. Trenutno sodobna oprema ne omogoča izvajanja takšnih poskusov - učinki, ki jih daje "zrno" vesolja, so premajhni - vendar tehnologija in domišljija znanstvenikov ne mirujeta. Vsekakor se takšni poskusi ne zdijo nemogoči.
Prav tako je bilo pred kratkim dokazano, da zančna kvantna gravitacija "na meji" vodi do Einsteinovega modela (vendar drugače ne bi imelo smisla). Zanimivo je, da za razliko od Einsteinove teorije v »naši« teoriji vesolje obstaja pred velikim pokom.
Zdaj je čas, da se vrnemo k temu, o čemer piše Wikipedia. Pravzaprav o pomembnih stvareh. Dejstvo, da nam teorija zanke kvantne gravitacije omogoča sklepanje
Morda bi bilo koristno prebrati:
- Računovodski tečaji na daljavo;
- Merjenje veličin Merjeno s v fiziki;
- Magnetni materiali in Curiejeva točka;
- Kvantna teorija gravitacije;
- Alegorični pomen ode "Felitsa";
- Celična teorija Osnovni postulati celične;
- Trigonometrične enačbe - formule, rešitve, primeri;
- Ljudstva, ki naseljujejo Afriko Katera ljudstva so naseljevala zgodovino afriške celine;