Döngü kuantum yerçekimi teorisi. Kuantum yerçekimi teorisi

XX yüzyılın 80'li yıllarında “döngü kuantum yerçekimi teorisinin” kurucuları Lee Smolin, Abhay Ashtekar, Ted Jacobson ve Carlo Rovelli'dir. Bu teoriye göre uzay ve zaman aslında birbirinden ayrı parçalardan oluşmaktadır. Uzayın bu küçük kuantum hücreleri birbirine belirli bir şekilde bağlanır, böylece küçük zaman ve uzunluk ölçeklerinde rengarenk, ayrık bir uzay yapısı yaratırlar ve büyük ölçeklerde sorunsuz bir şekilde sürekli, pürüzsüz uzay-zamana dönüşürler. Pek çok kozmolojik model, Evrenin davranışını yalnızca Büyük Patlama'dan sonraki Planck zamanından itibaren tanımlayabilirken, döngü kuantum çekimi patlama sürecinin kendisini tanımlayabilir ve hatta daha geriye bakabilir. Ancak koordinat seçme sorunu ortaya çıkıyor. Genel görelilik teorisini (GTR) koordinatsız bir biçimde, örneğin dış formlar kullanarak formüle etmek mümkündür, ancak Riemann 4 formunun hesaplamalarını belirli bir metrikte gerçekleştireceğiz. Sicim teorisinin en aktif ve esprili propagandacılarından biri olan Lubos Motl, bunu öyle bir şekilde ifade etti ki, örneğin, tek bir durumu belirtmeden, yerçekiminin döngü teorisinin spin ağı yayıcısının "arka plan bağımsızlığından" bahsetmek, Taylor serisini x 0 belirtmeden bir x 0 noktasında hesaplamakla aynıdır.

Döngü yerçekimi ve parçacık fiziği

Döngü kuantum yerçekimi teorisinin avantajlarından biri, parçacık fiziğinin Standart Modelini açıklarkenki doğallığıdır.

Böylece Bilson-Thompson ve ortak yazarları, döngü kuantum çekim teorisinin, dört temel kuvvetin tümünü otomatik olarak birleştirerek standart modeli yeniden üretebileceğini öne sürdüler. Aynı zamanda, brad (lifli uzay-zaman örgüleri) şeklinde sunulan preonların yardımıyla, temel fermiyonların (kuarklar ve leptonlar) ilk ailesinin başarılı bir modelini oluşturmak mümkün oldu. yüklerinin ve paritelerinin daha az doğru şekilde çoğaltılması.

Orijinal Bilson-Thompson makalesi, ikinci ve üçüncü ailelerin temel fermiyonlarının daha karmaşık sütyenliler olarak temsil edilebileceğini ve birinci ailenin fermiyonlarının mümkün olan en basit sütyenliler olarak temsil edildiğini, ancak karmaşık sütyenlilerin spesifik temsillerinin verilmediğini öne sürdü. . Elektrik ve renk yüklerinin yanı sıra daha yüksek dereceli ailelere ait parçacıkların paritesinin, birinci ailenin parçacıklarıyla tamamen aynı şekilde elde edilmesi gerektiğine inanılmaktadır.

Kuantum hesaplama yöntemlerinin kullanılması, bu tür parçacıkların kararlı olduğunu ve kuantum dalgalanmalarının etkisi altında bozulmadığını göstermeyi mümkün kıldı.

Bilson-Thompson modelindeki şerit yapılar, uzay-zamanın kendisiyle aynı maddeden oluşan varlıklar olarak temsil edilir. Bilson-Thompson makaleleri fermiyonların ve bozonların bu yapılardan nasıl elde edilebileceğini gösterse de örgüleme kullanılarak Higgs bozonunun nasıl elde edilebileceği sorusu burada tartışılmıyor.

L. Freidel, J. Kowalski-Glikman ve A. Starodubtsev 2006 tarihli makalelerinde temel parçacıkların yerçekimi alanının Wilson çizgileri kullanılarak temsil edilebileceğini öne sürdüler; bu da parçacıkların özelliklerinin (kütlesi, enerjisi ve spini) şuna karşılık gelebileceğini ima etti: Wilson döngülerinin özellikleri - döngü kuantum yerçekimi teorisinin temel nesneleri. Bu çalışma Bilson-Thompson preon modeli için ilave teorik destek olarak görülebilir.

Döngü kuantum yerçekimi teorisiyle doğrudan ilgili olan ve yalnızca ikincisinin başlangıç prensiplerine dayanan spin köpük modelinin formalizmini kullanarak, standart modelin fotonlar gibi diğer bazı parçacıklarını yeniden üretmek de mümkündür. gluonlar ve gravitonlar - fermiyonlar için Brad Billson-Thompson şemasından bağımsız olarak. Ancak 2006 yılı itibarıyla bu formalizmi kullanarak helon modellerinin oluşturulması henüz mümkün olmamıştır. Helon modeli, Higgs bozonunu oluşturmak için kullanılabilecek brad'lar içermez, ancak prensip olarak bu model, bu bozonun bir tür bileşik sistem biçiminde var olma olasılığını inkar etmez. Bilson-Thompson, daha büyük kütleli parçacıkların genellikle daha karmaşık bir iç yapıya sahip olması nedeniyle (başlıkların bükülmesi dahil), bu yapının kütle oluşum mekanizmasıyla ilişkili olabileceğini belirtiyor. Örneğin Bilson-Thompson modelinde sıfır kütleye sahip bir fotonun yapısı bükülmemiş sütyenlere karşılık gelir. Bununla birlikte, döner köpük formalizmi içinde elde edilen foton modelinin, modelinde üç bükülmemiş şeritten oluşan Bilson-Thompson fotonuna karşılık gelip gelmediği belirsizliğini koruyor (foton modelinin çeşitli versiyonlarının döner köpük içinde oluşturulabilmesi mümkündür) formalizm).

Başlangıçta, “preon” kavramı yarım dönüşlü fermiyonların (leptonlar ve kuarklar) yapısında yer alan nokta alt parçacıkları belirtmek için kullanıldı. Daha önce de belirtildiği gibi, nokta parçacıkların kullanılması kütle paradoksuna yol açmaktadır. Bilson-Thompson modelinde şeritler “klasik” nokta yapıları değildir. Bilson-Thompson, terminolojide sürekliliği sağlamak için "preon" terimini kullanıyor, ancak bu terimle kuarkların, leptonların ve ayar bozonlarının yapısının bileşenleri olan daha geniş bir nesne sınıfına atıfta bulunuluyor.

Bilson-Thompson yaklaşımını anlamak açısından önemli olan, preon modelinde elektron gibi temel parçacıkların dalga fonksiyonları açısından tanımlanmasıdır. Tutarlı fazlara sahip bir döner köpüğün kuantum durumlarının toplamı da bir dalga fonksiyonu cinsinden tanımlanır. Bu nedenle, spin köpük formalizmi kullanılarak temel parçacıklara (fotonlar ve elektronlar) karşılık gelen dalga fonksiyonlarının elde edilmesi mümkündür. Şu anda, temel parçacıklar teorisini döngü kuantum yerçekimi teorisiyle birleştirmek çok aktif bir araştırma alanıdır.

Ekim 2006'da Bilson-Thompson makalesini değiştirerek modelinin preon modellerinden ilham almasına rağmen kelimenin tam anlamıyla preon olmadığını, dolayısıyla preon modelindeki topolojik diyagramların muhtemelen diğer temel teorilerde kullanılacağını belirtti. örneğin M-teorisi gibi. Preon modellerine uygulanan teorik kısıtlamalar onun modeline uygulanamaz, çünkü bu modelde temel parçacıkların özellikleri alt parçacıkların özelliklerinden değil, bu alt parçacıkların birbirleriyle (sütsüzler) bağlantılarından kaynaklanır. Makalesinin değiştirilmiş bir versiyonunda Bilson-Thompson, modelindeki çözülmemiş sorunların parçacık kütle spektrumu, spinler, Cubbibo karışımı ve modelini daha temel teorilere bağlama ihtiyacı olarak kaldığını kabul ediyor. Bir olasılık, örneğin preonları M teorisine veya döngü kuantum yerçekimi teorisine "gömmektir".

Makalenin daha sonraki bir versiyonu, Pachner hareketlerini kullanan sütyenlerin dinamiklerini anlatıyor.

Kaynaklar ve resimler

Edebiyat

Kuantum Yerçekimine Giden Üç Yol. Lee Smolin. Temel Kitaplar, 2001.
Alanın Kuantumu? John Baez. Doğa, cilt.421, s. 702-703; Şubat 2003.
Kuantum Yerçekimi Teorisinden Ne Kadar Uzaktayız? Lee Smolin. Mart 2003. Ön Baskı
Kuantum Yerçekimi'ne hoş geldiniz. Özel Bölüm, Fizik Dünyası, Cilt.16, Sayı.11, s. 27-50; Kasım 2003.
Kuantum Yerçekimini Döngüleyin. Lee Smolin.

Notlar

p·o·r

Yerçekimi teorileri

Standart yerçekimi teorileri

Alternatif yerçekimi teorileri

Yer çekiminin kuantum teorileri

Birleşik alan teorileri

Klasik fizik

Genel görelilik teorisi
Genel göreliliğin matematiksel formülasyonu
Hamilton'un genel görelilik formülasyonu

Prensipler

Geometrodinamik (İngilizce)

Klasik

Değiştirilmiş Newton dinamiği

göreceli

Whitehead'in yerçekimi teorisi
Einstein-Cartan teorisi

Döngü kuantum yerçekimi - nedir bu? Bu makalede ele alacağımız soru budur. Başlangıç olarak, onun özelliklerini ve olgusal bilgileri tanımlayacağız ve daha sonra döngü kuantum yerçekimini anlamak ve aralarındaki ilişkiyi anlamak için genel bir formda ele alacağımız rakibi olan sicim teorisi hakkında bilgi sahibi olacağız.

giriiş

Kuantum çekimini açıklayan teorilerden biri, Evrenin kuantum organizasyonundaki döngüsel çekime ilişkin bir dizi veridir. Bu teoriler Planck ölçeğinde hem zamanın hem de uzayın ayrıklığı kavramına dayanmaktadır. Titreşen bir Evren hipotezinin gerçekleşmesini sağlar.

Lee Smolin, T. Jacobson, C. Rovelli ve A. Ashtekar döngü kuantum yerçekimi teorisinin kurucularıdır. Oluşumu 80'li yıllarda başladı. XX yüzyıl. Bu teorinin ifadelerine göre “kaynaklar” - zaman ve mekan - ayrı parçalardan oluşan sistemlerdir. Özel bir şekilde bir arada tutulan kuantum boyutunda hücreler olarak tanımlanırlar. Ancak büyük boyutlara ulaştıkça uzay-zamanın yumuşadığını gözlemliyoruz ve bu bize sürekli geliyor.

Döngü yerçekimi ve evrenin parçacıkları

Döngü kuantum yerçekimi teorisinin en çarpıcı “özelliklerinden” biri, fizikteki belirli problemleri çözme konusundaki doğal yeteneğidir. Temel parçacık fiziğinin standart modeliyle ilgili birçok soruyu açıklamamıza olanak tanır.

2005 yılında S. Bilson-Thompson tarafından, uzatılmış bir şerit nesnesi şeklini alan, dönüştürülmüş bir Rishon Harari'ye sahip bir model öneren bir makale yayınlandı. İkincisine şerit denir. Tahmin edilen potansiyel, tüm alt bileşenlerin bağımsız organizasyonunun nedenini açıklayabildiğini göstermektedir. Sonuçta renk yüküne neden olan da bu olgudur. Önceki preon modeli, nokta parçacıklarını temel unsuru olarak görüyordu. Rengin yükü öne sürülebilir. Bu model, elektrik yüklerini şeridin bükülmesi durumunda ortaya çıkabilecek topolojik bir varlık olarak tanımlamamıza olanak tanır.

Bu ortak yazarların 2006 yılında yayınlanan ikinci makalesi, L. Smolin ve F. Markopolou'nun da yer aldığı bir çalışmadır. Bilim adamları, döngü sınıfına dahil olan tüm kuantum döngü yerçekimi teorilerinin, uzay ve zamanın kuantizasyon tarafından uyarılan durumlar olduğunu belirttikleri varsayımını ileri sürdüler. Bu durumlar, bilinen standart modele yol açan preonlar olarak hareket edebilir. Bu da teorinin özelliklerinin ortaya çıkmasını belirler.

Dört bilim adamı ayrıca kuantum döngüsü yerçekimi teorisinin Standart Modeli yeniden üretebileceğini öne sürdü. Dört temel kuvveti otomatik olarak birbirine bağlar. Bu haliyle “brad” (iç içe geçmiş lifli uzay-zaman) kavramı burada preon kavramına gönderme yapmaktadır. Fermiyonların yükünü ve paritesini yeniden oluşturmak için ağırlıklı olarak doğru yöntemlerle fermiyonlara (kuarklar ve leptonlar) dayanan "birinci nesil" parçacıkların temsilcilerinden doğru modeli yeniden yaratmayı mümkün kılan sütyenlerdir.

Bilson-Thompson, 2. ve 3. nesillerin temel "serisinden" gelen fermiyonların aynı sütenler biçiminde ancak daha karmaşık bir yapıyla temsil edilebileceğini varsaydı. 1. nesil fermiyonlar burada en basit sütyenlerle temsil edilmektedir. Ancak burada, yapılarının karmaşıklığına ilişkin spesifik fikirlerin henüz ileri sürülmediğini bilmek önemlidir. İlk nesildeki renk ve elektrik türlerinin yüklerinin yanı sıra parçacıkların paritesinin “durumunun” diğerleriyle tamamen aynı şekilde oluştuğuna inanılmaktadır. Bu parçacıklar keşfedildikten sonra kuantum dalgalanmalarının onlar üzerinde etki yaratması için birçok deney yapıldı. Deneylerin nihai sonuçları, bu parçacıkların kararlı olduğunu ve parçalanmadığını gösterdi.

Bant yapısı

Burada hesaplamaları kullanmadan teorilerle ilgili bilgileri ele aldığımız için, bunun "aptallar için" döngü kuantum yerçekimi olduğunu söyleyebiliriz. Ve şerit yapılarını açıklamadan yapamayız.

Maddenin uzay-zaman ile aynı "madde" ile temsil edildiği varlıklar, Bilson-Thompson'un bize sunduğu modelin genel tanımlayıcı bir temsilidir. Bu varlıklar, belirli bir tanımlayıcı özelliğin şerit yapılarıdır. Bu model bize fermiyonların nasıl üretildiğini ve bozonların nasıl oluştuğunu gösterir. Ancak Higgs bozonunun markalama kullanılarak nasıl elde edilebileceği sorusuna cevap vermiyor.

L. Freidel, J. Kowalski-Glickman ve A. Starodubtsev, 2006'da bir makalede, Wilson kütleçekim alanı çizgilerinin temel parçacıkları tanımlayabildiğini öne sürdüler. Bu, parçacıkların sahip olduğu özelliklerin Wilson döngülerinin niteliksel parametrelerine karşılık gelebildiği anlamına gelir. İkincisi ise döngü kuantum çekiminin temel nesnesidir. Bu çalışmalar ve hesaplamalar aynı zamanda Bilson-Thompson modelini açıklayan teorik desteğe ek bir temel olarak değerlendirilmektedir.

Bu makalede (T.P.K.G.) incelenen ve analiz edilen teoriyle doğrudan ilgili olan döner köpük modelinin formalizminin kullanılması ve bunun, bu kuantum döngü yerçekimi teorisinin orijinal ilkelerine dayandırılması, modelin yeniden üretilmesini mümkün kılar. Standart Modelin daha önce elde edemedikleri bazı parçacıkları. Bunlar fotonik parçacıklardı, ayrıca gluonlar ve gravitonlardı.

Ayrıca sütyenlerin yokluğundan dolayı dikkate alınmadığı bir jelon modeli de vardır. Ancak modelin kendisi onların varlığını inkar etmek için kesin bir yol sunmuyor. Avantajı Higgs bozonunu bir tür kompozit sistem olarak tanımlayabilmemizdir. Bu, büyük kütleli parçacıklarda daha karmaşık iç yapıların varlığıyla açıklanmaktadır. Sütyenlerin bükülmesini göz önüne aldığımızda bu yapının kitlesel yaratılış mekanizmasıyla ilgili olabileceğini varsayma hakkımız var. Örneğin fotonu sıfır kütleli bir parçacık olarak tanımlayan Bilson-Thompson modelinin formu, brad'ın bükülmemiş durumuna karşılık gelir.

Billson-Thompson Yaklaşımını Anlamak

Kuantum döngüsü yerçekimi üzerine derslerde, Bilson-Thompson modelini anlamak için daha iyi bir yaklaşım anlatırken, temel parçacıkların preon modelinin bu açıklamasının, elektronların dalga doğasının fonksiyonları olarak karakterize edilmesine olanak tanıdığından bahsediyorlar. Gerçek şu ki, tutarlı fazlara sahip spin köpüklerin sahip olduğu kuantum durumlarının toplam sayısı şu terimler kullanılarak da tanımlanabilir: Şu anda, temel parçacıklar teorisini ve T.P.K.G.'yi birleştirmeyi amaçlayan aktif çalışmalar devam etmektedir.

Döngü kuantum yerçekimi hakkındaki kitaplar arasında, örneğin O. Feirin'in kuantum dünyasının paradoksları hakkındaki çalışmalarında pek çok bilgi bulabilirsiniz. Diğer eserlerin yanı sıra Lee Smolin'in makalelerine de dikkat etmeye değer.

Sorunlar

Değiştirilmiş Bilson-Thompson makalesi, parçacıkların kütle spektrumunun, modelinin tanımlayamadığı çözülmemiş bir sorun olduğunu kabul ediyor. Ayrıca döndürmeler, Cabibbo karıştırma ile ilgili sorunları çözmez. Daha temel bir teoriye bağlantı gerektirir. Makalenin sonraki versiyonları, Puchner geçişini kullanarak sütyenlerin dinamiklerini açıklamaya başvuruyor.

Fizik dünyasında sürekli bir çatışma var: Sicim teorisi ile döngü kuantum yerçekimi teorisi. Bunlar dünya çapında pek çok ünlü bilim insanının üzerinde çalıştığı ve çalıştığı iki temel eserdir.

Sicim teorisi

Kuantum döngüsü yerçekimi ve sicim teorisi hakkında konuşurken, bunların Evrendeki madde ve enerjinin yapısını anlamanın tamamen farklı iki yolu olduğunu anlamak önemlidir.

Sicim teorisi, nokta parçacıklar arasındaki değil kuantum sicimleri arasındaki karşılıklı eylemlerin dinamiklerini incelemeye çalışan fizik biliminin "evrim yoludur". Teorinin malzemesi kuantum dünyasının mekaniği fikrini ve görelilik teorisini birleştiriyor. Bu muhtemelen insanların gelecekteki kuantum yerçekimi teorisini oluşturmasına yardımcı olacaktır. Bu teorinin Evrenin temellerini farklı bir şekilde tanımlamaya çalışması tam da çalışma nesnesinin şekli nedeniyledir.

Kuantum döngüsü yerçekimi teorisinin aksine, sicim teorisi ve onun temelleri, herhangi bir temel parçacığın ve onun temel nitelikteki tüm etkileşimlerinin, kuantum sicimlerinin titreşimlerinin bir sonucu olduğunu öne süren varsayımsal verilere dayanmaktadır. Evrenin bu "elementleri" ultramikroskopik boyutlara sahiptir ve Planck uzunluğu ölçeğinde 10-35 m'ye eşittir.

Bu teorinin verileri matematiksel olarak oldukça anlamlıdır ancak henüz deneyler alanında gerçek bir doğrulama bulamadı. Sicim teorisi, sonsuz sayıda dünyadaki bilginin, kesinlikle her şeyin farklı türde ve gelişim biçimiyle yorumlanması olan çoklu evrenlerle ilişkilidir.

Esas, baz, temel

Döngü kuantum yerçekimi veya Bu, zor olan ancak anlaşılması gereken oldukça önemli bir sorudur. Bu özellikle fizikçiler için önemlidir. Sicim teorisini daha iyi anlamak için birkaç şeyi bilmek önemli olacaktır.

Sicim teorisi bize geçişin bir tanımını ve her temel parçacığın tüm özelliklerini verebilir, ancak bu yalnızca sicimleri fiziğin düşük enerjili bölgesine de tahmin edebilirsek mümkün olabilir. Böyle bir durumda, tüm bu parçacıklar, sonsuz sayıda bulunan, yerel olmayan tek boyutlu bir mercekteki uyarılma spektrumu üzerindeki kısıtlamalar şeklini alacaktır. Tellerin karakteristik boyutu son derece küçük bir değerdir (yaklaşık 10-33 m). Bu nedenle deneyler sırasında kişi bunları gözlemleyemez. Bu fenomenin bir benzeri, müzik enstrümanlarının tel titreşimidir. Diziyi “oluşturan” spektral veriler ancak belirli bir frekans için mümkün olabilir. Frekans arttıkça enerji de (titreşimlerden biriken) artar. Bu ifadeye E = mc 2 formülünü uygularsak, o zaman Evreni oluşturan maddenin bir tanımını oluşturabiliriz. Teori, kendisini titreşen bir sicim olarak gösteren bir parçacığın kütlesinin boyutunun gerçek dünyada gözlemlendiğini öne sürüyor.

Sicim fiziği uzay-zamanın boyutları sorusunu açık bırakıyor. Makroskobik dünyada ek uzaysal boyutların yokluğu iki şekilde açıklanmaktadır:

Planck uzunluğunun sırasına karşılık gelecek boyutlara bükülmüş boyutların sıkıştırılması;
Çok boyutlu Evreni oluşturan tüm parçacıkların, çoklu evren olarak tanımlanan dört boyutlu bir "Dünya sayfası" üzerinde lokalizasyonu.

Niceleme

Bu makale kuklalar için döngü kuantum çekim teorisi kavramını kapsamaktadır. Bu konunun matematiksel düzeyde anlaşılması son derece zordur. Burada betimleyici bir yaklaşıma dayalı genel bir bakış açısı ele alıyoruz. Üstelik iki "karşıt" teoriyle ilgili olarak.

Sicim teorisini daha iyi anlamak için birincil ve ikincil nicemleme yaklaşımının varlığını bilmek de önemlidir.

İkincil kuantizasyon, kuantum alan teorisine benzer bir döngü alanı fonksiyoneli olan sicim alanı kavramlarına dayanmaktadır. Birincil yaklaşımın formalizmleri, matematiksel teknikler kullanarak test dizilerinin dış alanlarındaki hareketinin bir tanımını oluşturur. Bu durum sicimler arasındaki etkileşimi olumsuz etkilemez ve sicimlerin bozulması ve birleşmesi olgusunu da içerir. Birincil yaklaşım, sicim teorileri ile sıradan alan teorisinin dünya yüzeyindeki ifadeleri arasındaki bağlantıdır.

Süpersimetri

Sicim teorisinin en önemli, gerekli ve aynı zamanda gerçekçi “unsuru” süpersimetridir. Nispeten düşük enerjilerde gözlemlenen genel parçacık seti ve bunlar arasındaki etkileşimler, standart modelin yapısal bileşimini neredeyse tüm haliyle yeniden üretme kapasitesine sahiptir. Standart modelin pek çok özelliği, aynı zamanda teori için önemli bir argüman olan süpersicim teorisi açısından zarif açıklamalara kavuşuyor. Ancak sicim teorilerinin şu veya bu sınırlamasını açıklayabilecek hiçbir prensip henüz mevcut değil. Bu varsayımlar, standart modele benzer bir dünya biçimi elde etmemize izin vermelidir.

Özellikler

Sicim teorisinin en önemli özellikleri şunlardır:

Evrenin yapısını belirleyen ilkeler yerçekimi ve kuantum dünyasının mekaniğidir. Genel bir teori oluşturulurken birbirinden ayrılamayan bileşenlerdir. Sicim teorisi bu varsayımı uygular.
Dünyanın temel yapısını, birçok çalışma ilkesi ve açıklamasıyla birlikte anlamamıza olanak tanıyan yirminci yüzyılda geliştirilen pek çok kavramın çalışmaları bir araya getirilerek sicim teorisinden yola çıkılıyor.
Sicim teorisi, örneğin standart modelde gerekli olduğu gibi, anlaşmayı sağlamak için ayarlanması gereken serbest parametrelere sahip değildir.

Nihayet

Basit bir ifadeyle kuantum döngüsü yerçekimi, dünyanın temel yapısını temel parçacıklar düzeyinde tanımlamaya çalışan gerçekliği algılamanın yollarından biridir. Fizikte maddenin organizasyonunu etkileyen pek çok problemin çözülmesini sağlar ve aynı zamanda tüm dünyada önde gelen teorilerden biridir. Ana rakibi, sicim teorisinin birçok doğru ifadesi göz önüne alındığında oldukça mantıklı olan sicim teorisidir. Her iki teori de temel parçacık araştırmalarının çeşitli alanlarında doğrulanmıştır ve "kuantum dünyası" ile yerçekimini birleştirme girişimleri bugüne kadar devam etmektedir.

“Evren Teorisi”ni ifade eder

Döngü kuantum yerçekimi teorisi

Büyük Patlama'dan önce ne oldu ve zaman nereden geldi?

Kuantum kütleçekimi teorisinde, çok küçük ölçeklerde aşina olduğumuz pürüzsüz ve sürekli uzayın, çok karmaşık bir geometriye sahip bir yapı olduğu ortaya çıkıyor.

(www.aei.mpg.de'den resim)

Başlıktaki sorular genellikle fizikçiler tarafından tartışılmıyor çünkü bunları yanıtlayabilecek genel kabul görmüş bir teori yok. Ancak son zamanlarda döngüsel kuantum yerçekimi çerçevesinde, Evrenin basitleştirilmiş bir modelinin evrimini zamanda geriye, Büyük Patlama anına kadar izlemek ve hatta bunun ötesine bakmak hala mümkündü. Yol boyunca bu modelde zamanın tam olarak nasıl ortaya çıktığı netleşti.

Evrenin gözlemleri, en büyük ölçeklerde bile onun hiç de durağan olmadığını, zamanla geliştiğini göstermektedir. Modern teorilere dayanarak bu evrimin izini zaman içinde geriye doğru sürersek, Evrenin şu anda gözlemlenebilir kısmının önceden şimdiye göre daha sıcak ve daha yoğun olduğu ve bunun Büyük Patlama ile başladığı ortaya çıkar. Evrenin bir tekillikten ortaya çıkışı: Modern fizik yasalarının uygulanmadığı özel bir durum.

Fizikçiler bu durumdan memnun değiller; anlamak ve anlamak istiyorlar. sürecin kendisi Büyük patlama. Bu duruma uygulanabilecek bir teori oluşturmak için şu anda çok sayıda girişimde bulunulmasının nedeni budur. Büyük Patlama'dan sonraki ilk anlarda yerçekimi en önemli kuvvet olduğundan, bu hedefe ulaşmanın ancak henüz gelişmemiş bir sistem çerçevesinde mümkün olabileceğine inanılmaktadır. kuantum yerçekimi teorisi.

Bir zamanlar fizikçiler kuantum kütle çekiminin süper sicim teorisi kullanılarak tanımlanacağını umuyorlardı, ancak son zamanlarda süper sicim teorilerinde yaşanan kriz bu güveni sarstı. Bu durumda, kuantum-kütleçekim olgusunu açıklamaya yönelik diğer yaklaşımlar daha fazla ilgi çekmeye başladı ve özellikle de, döngü kuantum yerçekimi.

Döngü kuantum çekimi çerçevesinde yakın zamanda çok etkileyici bir sonuç elde edildi. Kuantum etkileri nedeniyle ortaya çıktı başlangıçtaki tekillik kaybolur. Büyük Patlama artık özel bir nokta olmaktan çıkıyor ve sadece onun seyrini izlemek değil, Büyük Patlama öncesinde olup bitenlere de bakmak mümkün oluyor. Bu sonuçların bir özeti yakın zamanda A. Ashtekar, T. Pawlowski, P. Singh, Physical Review Letters, 96, 141301 (12 Nisan 2006)'da yayınlandı, aynı zamanda gr-qc/0602086 olarak da mevcuttur ve bunların ayrıntılı çıkarımı şurada rapor edilmiştir: geçen gün aynı yazarların gr-qc/0604013 ön baskısı.

Döngü kuantum yerçekimi, geleneksel fiziksel teorilerden ve hatta süper sicim teorisinden temel olarak farklıdır. Örneğin süper sicim teorisinin nesneleri, çeşitli sicimler ve çok boyutlu zarlardır; ancak bunlar, önceden pişirilmiş onlar için uzay ve zaman. Bu çok boyutlu uzay-zamanın tam olarak nasıl ortaya çıktığı sorusu böyle bir teoride çözülemez.

Kütle çekiminin döngü teorisinde ana nesneler, birbirlerine belirli bir şekilde bağlı olan küçük uzay kuantum hücreleridir. Bağlantılarının ve durumlarının kanunu, içlerinde var olan belirli bir alan tarafından kontrol edilir. Bu alanın değeri bu hücreler için belli bir değerdir” dahili zaman": zayıf bir alandan daha güçlü bir alana geçiş, sanki bir tür "geleceği" etkileyecek bir tür "geçmiş" varmış gibi görünüyor. Bu yasa, düşük enerji konsantrasyonuna sahip ve (yani tekillikten uzak) yeterince büyük bir evren için hücrelerin birbirleriyle "kaynaşacak" ve "katı" uzay-zamanı oluşturacak şekilde tasarlanmıştır. bu bize tanıdık geliyor.

Makalenin yazarları, tüm bunların, Evren tekilliğe yaklaştıkça başına ne geleceği sorununu çözmek için zaten yeterli olduğunu iddia ediyor. Elde ettikleri denklemlerin çözümleri, evrenin aşırı "sıkışması" ile uzayın "dağıldığını", kuantum geometrisinin hacminin sıfıra düşmesine izin vermediğini, kaçınılmaz olarak bir durma meydana geldiğini ve genişlemenin yeniden başladığını gösterdi. Bu durum dizisi "zamanda" hem ileriye hem de geriye doğru izlenebilir; bu, bu teoride, Büyük Patlama'dan önce kaçınılmaz olarak bir "Büyük Patlama"nın, yani "önceki" evrenin çöküşünün olduğu anlamına gelir. Üstelik bu önceki evrenin özellikleri çöküş sürecinde kaybolmaz, açıkça Evrenimize aktarılır.

Ancak açıklanan hesaplamalar evrensel alanın özelliklerine ilişkin bazı basitleştirici varsayımlara dayanmaktadır. Görünüşe göre, genel sonuçlar bu tür varsayımlar olmasa bile geçerli olacaktır, ancak bunun yine de doğrulanması gerekiyor. Bu fikirlerin daha da gelişmesini takip etmek son derece ilginç olacak.

Uzay ve zamanın atomları

Lee Smolin

Eğer şaşırtıcı döngü kuantum yerçekimi teorisi doğruysa, o zaman sürekli olarak algıladığımız uzay ve zaman aslında ayrı parçacıklardan oluşuyor.

Antik çağlardan beri bazı filozoflar ve bilim adamları, maddenin çok küçük atomlardan oluşabileceğini öne sürüyorlardı, ancak 200 yıl öncesine kadar çok az kişi bunların varlığının kanıtlanabileceğine inanıyordu. Bugün tek tek atomları gözlemliyor ve onları oluşturan parçacıkları inceliyoruz. Maddenin tanecikli yapısı artık bizim için yeni bir haber değil.
Son yıllarda fizikçiler ve matematikçiler şu soruyu soruyorlar: Uzay ayrı parçalardan mı oluşuyor? Gerçekten sürekli mi, yoksa daha çok tek tek liflerden dokunmuş bir kumaş parçasına mı benziyor? Eğer son derece küçük nesneleri gözlemleyebilseydik, uzayın atomlarını, hacmin bölünemez küçük parçacıklarını görebilir miydik? Peki ya zaman: Doğadaki değişiklikler sorunsuz bir şekilde mi gerçekleşiyor yoksa dünya bir bilgisayar gibi hareket ederek küçük sıçramalarla mı gelişiyor?
Geçtiğimiz 16 yılda bilim insanları bu soruları yanıtlamaya gözle görülür derecede yaklaştı. Garip adı "döngü kuantum çekimi" olan bir teoriye göre, uzay ve zaman aslında ayrı parçalardan oluşuyor. Bu kavram çerçevesinde yapılan hesaplamalar, kara delikler ve Büyük Patlama ile ilgili gizemli olayları açıklamamıza yardımcı olacak basit ve güzel bir tablo çizmektedir. Ancak söz konusu teorinin asıl avantajı, yakın gelecekte öngörülerinin deneysel olarak doğrulanabilecek olmasıdır: Uzaydaki atomları, eğer gerçekten varlarsa, tespit edeceğiz.

Kuantum

Meslektaşlarımla birlikte, uzun zamandır beklenen kuantum yerçekimi teorisini geliştirmeye çalışarak döngü kuantum yerçekimi teorisini (LQG) geliştirdik. İkincisinin aşırı önemini ve uzay ve zamanın ayrıklığıyla ilişkisini açıklamak için, kuantum teorisi ve yerçekimi teorisi hakkında biraz konuşmam gerekiyor.
Kuantum mekaniğinin 20. yüzyılın ilk çeyreğinde ortaya çıkışı. maddenin atomlardan oluştuğunun ispatıyla ilişkilendirildi. Kuantum denklemleri, bir atomun enerjisi gibi belirli niceliklerin yalnızca belirli ayrık değerler alabilmesini gerektirir. Kuantum mekaniği atomların, temel parçacıkların ve onları bağlayan kuvvetlerin özelliklerini ve davranışlarını kesin olarak tanımlar. Bilim tarihinin en başarılı kuantum teorisi kimya, atom ve atom altı fizik, elektronik ve hatta biyoloji konusundaki anlayışımızın temelini oluşturmaktadır.
Kuantum mekaniğiyle aynı yıllarda Albert Einstein, bir yerçekimi teorisi olan genel görelilik teorisini geliştirdi. Buna göre yerçekimi kuvveti, maddenin etkisi altında uzay ve zamanın (birlikte uzay-zamanı oluşturan) bükülmesi sonucu ortaya çıkar.
Ağır bir topun lastik bir örtü üzerine yerleştirildiğini ve küçük bir topun büyük topun yanında yuvarlandığını hayal edin. Toplar Güneş ve Dünya, yaprak ise uzay olarak düşünülebilir. Ağır top, kauçuk tabakada, sanki bir kuvvet - yerçekimi - onu bu yöne çekiyormuş gibi, küçük topun daha büyük olana doğru yuvarlandığı eğim boyunca bir çöküntü yaratır. Aynı şekilde, herhangi bir madde veya bir enerji demeti uzay-zamanın geometrisini bozarak parçacıkları ve ışık ışınlarını kendine çeker; Bu olguya yerçekimi dediğimiz şeydir.
Ayrı olarak, kuantum mekaniği ve Einstein'ın genel görelilik teorisi deneysel olarak doğrulanmıştır. Ancak her iki teorinin aynı anda test edilebileceği bir durum hiçbir zaman araştırılmadı. Gerçek şu ki, kuantum etkileri yalnızca küçük ölçeklerde fark edilebilir ve genel göreliliğin etkilerinin farkedilebilmesi için büyük kütleler gereklidir. Her iki durumu birleştirmek ancak bazı olağanüstü durumlarda mümkündür.
Deneysel veri eksikliğinin yanı sıra çok büyük bir kavramsal sorun da var: Einstein'ın genel görelilik teorisi tamamen klasiktir, yani. kuantum olmayan. Fiziğin mantıksal bütünlüğünü sağlamak için, kuantum mekaniğini genel görelilik teorisiyle bir kuantum uzay-zaman teorisinde birleştiren bir kuantum yerçekimi teorisine ihtiyaç vardır.
Fizikçiler klasik teoriyi kuantum teorisine dönüştürmek için birçok matematiksel prosedür geliştirdiler. Pek çok bilim adamı bunları genel görelilik teorisine uygulamaya boşuna uğraştı.
1960'lı ve 1970'li yıllarda yapılan hesaplamalar, kuantum mekaniği ile genel göreliliğin birleştirilemeyeceğini gösterdi. Görünüşe göre durum ancak tamamen yeni varsayımların, ek parçacıkların, alanların veya farklı türden nesnelerin eklenmesiyle kurtarılabilirdi. Birleşik bir teorinin egzotikliği, yalnızca hem kuantum mekaniği hem de kütleçekimsel etkilerin önemli hale geldiği istisnai durumlarda kendini göstermelidir. Bir uzlaşmaya varma girişimlerinde, büküm teorisi, değişmeli olmayan geometri ve süper yerçekimi gibi yönler doğdu.
Sicim teorisi fizikçiler arasında oldukça popülerdir; buna göre, iyi bilinen üç uzaysal boyuta ek olarak, henüz kimsenin fark edemediği altı veya yedi boyut daha vardır. Sicim teorisi aynı zamanda hiçbir zaman gözlemlerle doğrulanamayan birçok yeni temel parçacığın ve kuvvetin varlığını da öngörüyor. Bazı bilim insanları bunun M-teorisi olarak adlandırılan teorinin bir parçası olduğuna inanıyor ancak ne yazık ki henüz kesin bir tanım önerilmedi. Bu nedenle pek çok uzman mevcut alternatiflerin araştırılması gerektiğine inanıyor. Döngü kuantum yerçekimi teorimiz bunlardan en gelişmiş olanıdır.

Büyük boşluk

1980'lerin ortasında. Biz, Abhay Ashtekar, Ted Jacobson ve Carlo Rovelli ile birlikte standart yöntemleri kullanarak kuantum mekaniğini ve genel göreliliği bir kez daha birleştirmeye karar verdik. Gerçek şu ki, 1970'lerde elde edilen olumsuz sonuçlarda önemli bir boşluk vardı: Ne kadar ayrıntı incelersek inceleyelim, hesaplamalar uzay geometrisinin sürekli ve pürüzsüz olduğunu varsayıyordu. İnsanlar atomun keşfinden önce maddeye tamamen aynı şekilde bakıyorlardı.
Bu nedenle, düzgün sürekli uzay kavramını terk etmeye ve genel görelilik teorisi ile kuantum mekaniğinin iyi test edilmiş deneysel hükümleri dışında herhangi bir hipotez sunmamaya karar verdik. Özellikle hesaplamalarımız Einstein'ın teorisinin iki temel ilkesine dayanıyordu.
Bunlardan ilki, yani çevreden bağımsızlık, uzay-zaman geometrisinin sabit olmadığını, değişen, dinamik bir nicelik olduğunu ileri sürüyor. Geometriyi belirlemek için madde ve enerjinin etkisini hesaba katan bir dizi denklemi çözmek gerekir. Bu arada, modern sicim teorisi ortamdan bağımsız değildir: sicimleri tanımlayan denklemler belirli bir klasik (yani kuantum olmayan) uzay-zamanda formüle edilmiştir.
"Difeomorfik değişmezlik" olarak adlandırılan ikinci prensip, uzay-zamanı görüntülemek ve denklemler oluşturmak için herhangi bir koordinat sistemini seçmekte özgür olduğumuzu belirtir. Uzay-zamandaki bir nokta, özel bir koordinat sistemindeki konumuyla değil (özel koordinatlar yoktur), yalnızca içinde fiziksel olarak meydana gelen olaylarla tanımlanır. Difeomorfik değişmezlik, genel görelilik teorisinin son derece önemli bir temel konumudur.
Her iki prensibi de kuantum mekaniğinin standart yöntemleriyle dikkatli bir şekilde birleştirerek, uzayın ayrık mı yoksa sürekli mi olduğunu belirlemek için gerekli hesaplamaları yapmamıza olanak tanıyan bir matematik dili geliştirdik. Hesaplamalar uzayın kuantumlanmış olduğunu gösterdi! Döngü kuantum yerçekimi teorisinin temelini bu şekilde attık. Bu arada, "döngü" terimi, bazı hesaplamaların uzay-zamanda izole edilmiş küçük döngüler içermesi nedeniyle ortaya çıktı.
Birçok fizikçi ve matematikçi hesaplamalarımızı çeşitli yöntemler kullanarak doğruladı. Geçtiğimiz yıllarda, döngü kuantum yerçekimi teorisi, dünyanın dört bir yanından bilim adamlarının çabaları sayesinde güçlendi. Yapılan çalışma, aşağıda anlatacağım uzay-zaman tablosuna güvenmemizi sağlıyor.
Kuantum teorimiz, uzay-zamanın en küçük ölçeklerdeki yapısıyla ilgilidir ve bunu anlamak için onun küçük bir alan veya hacim için tahminlerine bakmamız gerekir. Kuantum fiziğiyle uğraşırken hangi fiziksel niceliklerin ölçülmesi gerektiğini belirlemek önemlidir. Maddi bir nesne (örneğin, bir dökme demir kabuk) veya doğrudan uzay-zaman geometrisi (örneğin, olay ufku) tarafından tanımlanabilen, B sınırı (aşağıdaki şekle bakınız) ile belirlenmiş belirli bir bölgeyi hayal edin. bir kara deliğin). Tanımlanan alanın hacmini ölçtüğümüzde ne olur? Hem kuantum teorisinin hem de difeomorfik değişmezliğin izin verdiği olası sonuçlar nelerdir? Uzayın geometrisi sürekli ise, söz konusu bölge herhangi bir boyuta sahip olabilir ve hacmi, özellikle keyfi olarak sıfıra yakın herhangi bir pozitif gerçek sayı ile ifade edilebilir. Ancak geometri granüler ise, ölçüm sonucu yalnızca ayrı bir sayı grubuna ait olabilir ve mümkün olan minimum hacimden daha az olamaz. Atom çekirdeğinin yörüngesinde dönen bir elektronun hangi enerjiye sahip olabileceğini hatırlayalım. Klasik fizik çerçevesinde - herhangi biri, ancak kuantum mekaniği yalnızca belirli, kesinlikle sabit ayrık enerji değerlerine izin verir ve. Aradaki fark, sürekli bir akış oluşturan bir sıvının hacminin ölçülmesi (18. yüzyıl bilim adamlarının bakış açısına göre) ile atomları sayılabilen su miktarının belirlenmesi arasındaki farkla aynıdır.
Döngü kuantum yerçekimi teorisine göre uzay atomlara benzer: hacmin ölçülmesiyle elde edilen sayılar ayrı bir küme oluşturur; hacim bireysel porsiyonlarda değişir. Ölçülebilecek başka bir miktar da ayrık olduğu ortaya çıkan B sınırının alanıdır. Başka bir deyişle uzay sürekli değildir ve belirli kuantum alan ve hacim birimlerinden oluşur.
Hacim ve alanın olası değerleri, yerçekimi kuvveti, kuantumun büyüklüğü ve ışık hızıyla ilişkili olan Planck uzunluğundan türetilen birimlerle ölçülür. Planck uzunluğu çok küçüktür: 10 -33 cm; uzay geometrisinin artık sürekli kabul edilemeyeceği ölçeği belirler. Sıfır dışında mümkün olan en küçük alan yaklaşık olarak Planck uzunluğunun karesine veya 10-66 cm2'ye eşittir. Sıfırdan başka mümkün olan en küçük hacim Planck uzunluğundaki bir küp veya 10-99 cm3'tür. Yani teoriye göre uzayın her santimetreküpünde yaklaşık 1099 atom hacim bulunur. Hacim kuantumu o kadar küçüktür ki, görünür Evren'de (10 85) santimetre küpte bu tür kuantumların sayısı santimetreküpten daha fazladır.

Döndürme ağları

Hacim ve alan kuantası neye benzer? Belki de uzay çok sayıda küçük küp veya küreden oluşuyor? Hayır, o kadar basit değil. Hacim ve alanın kuantum durumlarını, kendilerine özgü güzellikleri olan diyagramlar biçiminde tasvir ediyoruz. Küp şeklinde bir uzay alanı hayal edin (aşağıdaki şekle bakın) ). Diyagramda onu, her biri küpün yüzlerinden birini temsil eden altı çizgiden uzanan bir hacmi temsil eden bir nokta olarak tasvir ediyoruz. Noktanın yanındaki sayı hacmi, çizgilerin yanındaki sayılar ise karşılık gelen yüzlerin alanını gösterir.
Küpün üstüne bir piramit yerleştirelim. Çokyüzlülerimizin ortak bir yüzü vardır ve çizgilerden biriyle (hacimleri birbirine bağlayan yüz) birbirine bağlanan iki nokta (iki cilt) olarak tasvir edilmelidir. Küpün beş serbest yüzü (beş çizgi) vardır ve piramidin dört (dört çizgi) vardır. Benzer şekilde, çeşitli çokyüzlülerin herhangi bir kombinasyonu tasvir edilebilir: hacimsel çokyüzlüler noktalara veya düğümlere dönüşür ve düz yüzler, düğümleri birleştiren çizgiler haline gelir. Matematikçiler bu tür diyagramlara grafik adını verirler.
Teorimizde çokyüzlülerin çizimlerini bir kenara atıyoruz ve yalnızca grafikleri tutuyoruz. Hacim ve alanın kuantum durumlarını tanımlayan matematik, bize çizgilerin düğümleri nasıl bağlayabileceğini ve diyagramda farklı yerlere hangi sayıların yerleştirilebileceğini gösteren bir dizi kural sağlar. Her kuantum durumu grafiklerden birine karşılık gelir ve kuralları karşılayan her grafik bir kuantum durumuna karşılık gelir. Grafikler uzayın olası kuantum durumlarının kullanışlı kısa bir kaydıdır.
Diyagramlar kuantum durumlarını temsil etmek için çokyüzlülerden çok daha uygundur. Özellikle, bazı grafikler o kadar tuhaf şekillerde birbirine bağlanmıştır ki, düzgün bir şekilde çokyüzlülerin resmine dönüştürülemezler. Örneğin uzayın kavisli olduğu durumlarda birbirine tam oturan çokyüzlüler çizmek imkansızdır ancak bir grafik çizip bunu kullanarak uzayın ne kadar çarpık olduğunu hesaplamak hiç de zor değildir. Yerçekimini yaratan şey uzayın çarpıklığı olduğundan, diyagramlar yerçekiminin kuantum teorisinde büyük bir rol oynar.
Basit olması açısından, grafikleri genellikle iki boyutlu olarak çizeriz, ancak bunların üç boyutlu alanı doldurduğunu düşünmek daha iyidir çünkü temsil ettikleri şey budur. Ancak burada kavramsal bir tuzak var: Grafiğin çizgileri ve düğümleri uzayda belirli konumları işgal etmiyor. Her grafik yalnızca parçalarının birbirine nasıl bağlandığına ve bunların açıkça tanımlanmış sınırlarla (örneğin B alanının sınırı) nasıl ilişkili olduğuna göre tanımlanır. Ancak grafiklerin yerleşmiş gibi görünebileceği sürekli bir üç boyutlu uzay yoktur. Çizgiler ve düğümler uzaydır ve geometrisi nasıl bağlandıklarına göre belirlenir.
Açıklanan grafiklere spin ağları denir çünkü üzerlerindeki sayılar spin ile ilişkilidir. 1970'lerin başında. Oxford Üniversitesi'nden Roger Penrose, spin ağlarının kuantum yerçekimi teorisiyle alakalı olduğunu öne sürdü. 1994 yılında yaptığımız kesin hesaplamalar onun sezgisini doğruladı. Feynman diyagramlarına aşina olan okuyucular, görünüşlerine rağmen, spin ağlarının, spin ağları olmadığını dikkate almalıdır. Feynman diyagramları, bir kuantum durumundan diğerine hareket eden parçacıklar arasındaki kuantum etkileşimlerini yansıtır. Spin ağları hacimlerin ve uzay alanlarının sabit kuantum durumlarını temsil eder.
Diyagramların bireysel düğümleri ve kenarları, uzayın son derece küçük bölgelerini temsil eder: tipik bir düğüm, yaklaşık bir Planck uzunluğunun küpü kadar bir hacme karşılık gelir ve bir çizgi, bir Planck uzunluğunun karesi mertebesinde bir alana karşılık gelir. Ancak prensipte spin ağı sınırsız derecede büyük ve keyfi olarak karmaşık olabilir. Evrenimizin kuantum durumunun ayrıntılı bir resmini çizebilseydik (yani uzayının geometrisinin, galaksilerin, kara deliklerin vb. yerçekimi tarafından kıvrılması ve bükülmesi), hayal edilemeyecek karmaşıklığa sahip dev bir dönüş ağı elde ederdik. yaklaşık 10.184 düğüm içerir.
Yani spin ağları uzayın geometrisini tanımlar. Peki içindeki madde ve enerji hakkında ne söylenebilir? Elektronlar gibi parçacıklar ek etiketlere sahip belirli düğümlere karşılık gelir. Elektromanyetik alanlar gibi alanlar, grafiğin çizgileri üzerinde benzer işaretlerle gösterilir. Parçacıkların ve alanların uzaydaki hareketi, işaretlerin grafik boyunca ayrık (sıçrama benzeri) hareketidir.

Adımlar ve köpük

Parçacıklar ve alanlar hareket eden tek nesneler değildir. Genel görelilik teorisine göre, madde ve enerji hareket ettiğinde uzay değişir; hatta göldeki dalgalar gibi dalgalar uzayın içinden geçebilir. Döngü kuantum yerçekimi teorisinde, bu tür süreçler, grafiklerin bağlantısının adım adım değiştiği, spin ağının ayrık dönüşümleri ile temsil edilir (aşağıdaki şekle bakın).
Kuantum mekaniği olaylarını tanımlarken fizikçiler çeşitli süreçlerin olasılığını hesaplarlar. Uzayın geometrisindeki değişimi veya bir spin ağındaki parçacıkların ve alanların hareketini tanımlamak için döngü kuantum yerçekimi teorisini kullandığımızda da aynı şeyi yaparız. Waterloo'daki Teorik Fizik Enstitüsü'nden Thomas Thiemann, spin ağı adımlarının kuantum olasılığını hesaplamak için kesin ifadeler elde etti. Sonuç olarak, artık tamamen oluşmuş teorimizin kurallarıyla yönetilen bir dünyada meydana gelebilecek herhangi bir sürecin olasılığını hesaplamak için net bir prosedür ortaya çıktı. Geriye kalan tek şey, belirli deneylerde neyin gözlemlenebileceğine dair hesaplamalar yapmak ve tahminlerde bulunmaktır.
Görelilik teorisinde uzay ve zaman birbirinden ayrılamaz ve tek bir uzay-zamanı temsil eder. Döngü kuantum yerçekimi teorisine uzay-zaman kavramı dahil edildiğinde, uzayı temsil eden spin ağları, spin köpüğüne dönüşür. Başka bir boyutun (zaman) eklenmesiyle, dönüş ağının çizgileri genişler ve iki boyutlu yüzeyler haline gelir ve düğümler çizgiler halinde uzanır. Döndürme ağının değiştiği geçişler (yukarıda açıklanan adımlar) artık köpük hatlarının birleştiği düğümlerle temsil edilmektedir. Uzay-zamanın dönen köpük olduğu görüşü, aralarında Carlo Rovelli, Mike Reisenberger, John Barrett, Louis Crane, John Baez ve Fotini Markopoulou'nun da bulunduğu birçok araştırmacı tarafından önerildi.
Olan bitenin anlık görüntüsü, uzay-zamanın bir kesiti gibidir. Döndürme köpüğünün benzer bir dilimi bir döndürme ağını temsil eder. Ancak dilim düzleminin zamanın düzgün bir akışı gibi sürekli hareket ettiği yanılgısına kapılmayın. Tıpkı uzayın bir dönüş ağının ayrık geometrisi tarafından tanımlanması gibi, zaman da ağı yeniden düzenleyen bir dizi bireysel adımla tanımlanır (bkz. sayfa 55'teki şekil). Dolayısıyla zaman da ayrıktır. Zaman bir nehir gibi akmaz, saat gibi tik tak eder. “Tıklamalar” arasındaki aralık yaklaşık olarak Planck zamanına veya 10-43 saniyeye eşittir. Daha doğrusu, Evrenimizdeki zaman sayısız saatle ölçülür: Dönen köpükte bir kuantum adımının meydana geldiği yerde, saat bir "tik" sesi çıkarır.

Tahminler ve testler

Döngü kuantum yerçekimi teorisi, uzay ve zamanı bizim için çok küçük olan Planck ölçeğinde tanımlar. Peki nasıl test edeceğiz? İlk olarak, klasik genel göreliliğin döngü kuantum çekimine bir yaklaşım olarak türetilip türetilemeyeceğini bulmak çok önemlidir. Başka bir deyişle, eğirme ağları bir kumaşın dokunduğu ipliklere benziyorsa, o zaman soru, binlerce ipliğin ortalamasını alarak bir malzeme parçasının elastik özelliklerini doğru şekilde hesaplamanın mümkün olup olmayacağıdır. Eğer spin ağının birçok Planck uzunluğu üzerinden ortalamasını alırsak, klasik Einstein uzayının "pürüzsüz dokusunun" bir tanımını elde edebilir miyiz? Son zamanlarda bilim adamları, bu karmaşık sorunu, tabiri caizse, belirli malzeme konfigürasyonları için birkaç özel durum için başarıyla çözdüler. Örneğin, düz (eğrisiz) uzayda yayılan düşük frekanslı kütleçekim dalgaları, döngü kuantum kütleçekimi teorisine uygun olarak tanımlanan belirli kuantum durumlarının uyarılması olarak düşünülebilir.
Döngü kuantum çekimi için iyi bir testin, kara deliklerin termodinamiği ve özellikle de entropileri hakkında uzun süredir devam eden gizemlerden biri olduğu ortaya çıktı. Fizikçiler, maddenin kuantum mekaniksel olarak ele alındığı ancak uzay-zamanın ele alınmadığı hibrit bir teoriye dayanarak kara deliğin termodinamik bir modelini geliştirdiler. Özellikle 1970'lerde. Jacob D. Bekenstein, bir kara deliğin entropisinin yüzey alanıyla orantılı olduğu sonucuna vardı (bkz. "Holografik Evrendeki Bilgiler", "Bilim Dünyasında", No. 11, 2003 makalesi). Stephen Hawking çok geçmeden kara deliklerin, özellikle de küçük olanların radyasyon yayması gerektiği sonucuna vardı.
Döngü kuantum çekim teorisi çerçevesinde benzer hesaplamaları yapabilmek için B bölgesinin sınırını kara deliğin olay ufku olarak alıyoruz. Karşılık gelen kuantum durumlarının entropisini analiz ederek Bekenstein'ın tahminini tam olarak elde ediyoruz. Aynı başarı ile teorimiz, Hawking'in kara deliğin radyasyonu hakkındaki öngörüsünü yeniden üretmekle kalmıyor, aynı zamanda onun ince yapısını tanımlamamıza da olanak tanıyor. Mikroskobik bir kara delik gözlemlenirse, teorik tahminler onun emisyon spektrumu incelenerek test edilebilir.
Genel olarak konuşursak, döngü kuantum yerçekimi teorisinin deneysel olarak doğrulanması çok büyük teknik zorluklarla doludur. Teorinin tanımladığı karakteristik etkiler yalnızca, yakın gelecekte en güçlü hızlandırıcılarda incelenebilecek olandan 16 kat daha küçük olan Planck uzunluk ölçeğinde anlamlı hale gelir (daha küçük ölçekler üzerinde çalışmak daha yüksek enerji gerektirir).
Bununla birlikte, bilim adamları yakın zamanda döngü kuantum yerçekimini test etmek için çeşitli erişilebilir yollar önerdiler. Bir ortamda yayılan ışığın dalga boyu bozulmaya uğrar ve bu da ışınların kırılmasına ve dağılmasına yol açar. Benzer metamorfozlar, ışık ve parçacıkların bir spin ağı tarafından tanımlanan ayrı bir uzayda hareket etmesiyle de meydana gelir.
Maalesef bahsedilen etkilerin büyüklüğü Planck uzunluğunun dalga boyuna oranıyla orantılıdır. Görünür ışık için bu değer 10-28'i geçmez ve en yüksek enerjiye sahip kozmik ışınlar için yaklaşık milyarda birdir. Başka bir deyişle, uzayın yapısının tanecikli yapısı, gözlemlenebilir hemen hemen her radyasyon üzerinde son derece zayıf bir etkiye sahiptir. Ancak ışığın kat ettiği mesafe ne kadar büyük olursa, spin ağının ayrıklığının sonuçları da o kadar belirgin olur. Modern ekipman, milyarlarca ışıkyılı uzaklıkta bulunan gama ışını patlamalarının radyasyonunu tespit etmemizi sağlar ("Evrendeki En Parlak Patlamalar", "Bilim Dünyasında", No. 4, 2003 makalesine bakın).
Döngü kuantum yerçekimi teorisini kullanan Rodolfo Gambini ve Jorge Pullin, farklı enerjilerdeki fotonların biraz farklı hızlarda hareket etmesi ve gözlemciye farklı zamanlarda ulaşması gerektiğini buldular (aşağıdaki şekle bakın). Gama ışını patlamalarının uydu gözlemleri bunu test etmemize yardımcı olacak. Modern cihazların doğruluğu gerekenden 1000 kat daha düşüktür, ancak 2006 yılında, hassas ekipmanı uzun zamandır beklenen deneyin gerçekleştirilmesine olanak sağlayacak olan GLAST uydu gözlemevi faaliyete geçecek.
Burada ışık hızının sabit olduğunu öne süren görelilik teorisiyle bir çelişki mi var? Giovanni Amelino-Camelia ve Joao Magueijo ile birlikte, Einstein'ın teorisinin, farklı hızlarda hareket eden yüksek enerjili fotonların varlığına izin veren değiştirilmiş versiyonlarını geliştirdik. Buna karşılık, hızın sabitliği düşük enerjili fotonlar için de geçerlidir; uzun dalga ışığa.
Uzay-zamanın ayrıklığının bir başka olası tezahürü, çok yüksek enerjili kozmik ışınlarla ilişkilidir ve. 30 yıldan fazla bir süre önce bilim adamları, 3 * 10 19 eV'den daha fazla enerjiye sahip kozmik ışın protonlarının kozmik mikrodalga arka plan dolgusu tarafından saçılması gerektiğini ve bu nedenle Dünya'ya asla ulaşamayacaklarını tespit ettiler. Bununla birlikte, Japon AGASA deneyi, daha da yüksek enerjiye sahip kozmik ışınlarla 10'dan fazla olay kaydetti. Uzayın ayrıklığının, dispersiyon reaksiyonu için gereken enerjiyi arttırdığı ve yüksek enerjili protonların gezegenimizi ziyaret etmesine olanak sağladığı ortaya çıktı. Japon bilim adamlarının gözlemleri doğrulanırsa ve başka bir açıklama bulunmazsa, uzayın ayrıklığının deneysel olarak doğrulandığını varsayabiliriz.

Uzay

Döngü kuantum yerçekimi teorisi bizi Evrenin kökenine yeni bir bakış açısıyla bakmaya zorluyor ve Büyük Patlama'nın hemen ardından ne olduğunu hayal etmemize yardımcı oluyor. Genel görelilik teorisine göre, evrenin tarihinde, kuantum fiziği ile tutarlı olmayan ilk sıfır anı vardı. Martin Bojowald'ın kuantum kütleçekiminin döngü teorisine dayanan hesaplamaları, Büyük Patlama'nın aslında bir Büyük Sıçrama olduğunu gösteriyor çünkü Evren ondan önce hızla çöküyordu. Teorisyenler halihazırda Evrenin gelişiminin erken aşamalarına ilişkin yeni modeller üzerinde çalışıyorlar ve bunlar yakında kozmolojik gözlemlerle test edilecek. Büyük Patlama'dan önce ne olduğunu öğrenecek kadar şanslı olmamız mümkün.
Kozmolojik sabitle ilgili soru da daha az ciddi değil: "boş" uzaya nüfuz eden enerji yoğunluğu pozitif mi yoksa negatif mi? Kozmik mikrodalga arka planına ve uzak süpernovalara ilişkin gözlemler, karanlık enerjinin var olduğunu göstermektedir. Üstelik bu olumlu çünkü Evren artan bir hızla genişliyor. Döngü kuantum yerçekimi teorisi açısından bakıldığında burada bir çelişki yok: 1990'da Hideo Kodama, Evrenin kuantum durumunu pozitif bir kozmolojik sabitle doğru bir şekilde tanımlayan denklemler derledi.
Tamamen teknik olanlar da dahil olmak üzere bir dizi sorun henüz çözülmedi. Aşırı yüksek enerjilerde (varsa) özel görelilik teorisinde ne gibi ayarlamalar yapılmalıdır? Döngü kuantum çekim teorisi, çekim de dahil olmak üzere çeşitli kuvvetlerin tek bir temel kuvvetin yönleri olduğunu kanıtlamaya yardımcı olacak mı?
Belki de döngü kuantum yerçekimi gerçekten de kuantum genel görelilik teorisidir, çünkü kuantum mekaniğinin ve Einstein'ın teorisinin temel ilkeleri dışında hiçbir ek varsayıma dayanmamaktadır. Dönen köpük tarafından açıklanan uzay-zamanın ayrıklığı hakkındaki sonuç, doğrudan teorinin kendisinden kaynaklanmaktadır ve bir varsayım olarak sunulmamaktadır.
Ancak burada tartıştığım tek şey teoridir. Belki de uzay aslında ne kadar küçük olursa olsun her ölçekte düzgün ve süreklidir. O zaman fizikçiler, sicim teorisinde olduğu gibi ek radikal önermeler ortaya koymak zorunda kalacaklar. Ve sonuçta deney her şeye karar vereceği için iyi haberlerim var; durum yakın gelecekte daha da netleşebilir.

Ek literatür:

Kuantum Yerçekimine Giden Üç Yol. Lee Smolin. Temel Kitaplar, 2001.

Alanın Kuantumu? John Baez. Doğa, cilt.421, s. 702-703; Şubat 2003.

Kuantum Yerçekimi Teorisinden Ne Kadar Uzaktayız? Lee Smolin. Mart 2003. Önbaskı: http://arxiv.org/hep-th/0303185

Kuantum Yerçekimi'ne hoş geldiniz. Özel Bölüm, Fizik Dünyası, Cilt.16, Sayı.11, s. 27-50; Kasım 2003.

Kuantum Yerçekimini Döngüleyin. Lee Smolin. http://www.edge.org/3rd_culture/smolin03/smolin03_index.html adresinde mevcuttur.

Döngü kuantum yerçekimi teorisinin ANA SONUCU hacimler ve alanlarla ilgilidir. Küresel kabuk B tarafından sınırlanan uzay bölgesini ele alalım (yukarıya bakın). Klasik (kuantum dışı) fiziğe göre hacmi herhangi bir gerçek pozitif sayı ile ifade edilebilir. Bununla birlikte, döngü kuantum yerçekimi teorisine göre, sıfırdan farklı mutlak en küçük hacim vardır (yaklaşık olarak Planck uzunluğunun küpüne eşit, yani 10.99 cm3) ve daha büyük hacimlerin değerleri ayrık bir seridir. sayıların. Benzer şekilde, sıfır olmayan bir minimum alan (kabaca Planck uzunluğunun karesi veya 1066 cm2) ve izin verilen daha büyük alanların ayrı bir aralığı vardır. Kabul edilebilir kuantum alanlarının (solda) ve kuantum hacimlerinin (ortada) ayrık spektrumları, genel olarak hidrojen atomunun (sağda) ayrık kuantum enerji seviyelerine benzer.

DÖNÜŞ AĞLARI ADI DİYAGRAMLAR, uzayın kuantum durumlarını minimum uzunluk ölçeğinde temsil etmek için kullanılır. Örneğin küp(a), altı kare yüzle çevrelenmiş bir hacimdir. Karşılık gelen dönüş ağı (b), hacmi temsil eden bir nokta (düğüm) ve kenarları temsil eden altı çizgi içerir. Düğümün yanındaki sayı hacmi, çizginin yanındaki sayı ise karşılık gelen yüzün alanını gösterir. Söz konusu durumda, hacim sekiz kübik Planck birimine eşittir ve yüzlerin her biri dört kare Planck birimi alana sahiptir. (Döngü kuantum yerçekimi kuralları, hacimlerin ve alanların izin verilen değerlerini belirli değerlerle sınırlar: yalnızca belirli sayı kombinasyonları çizgilere ve düğümlere yerleştirilebilir.)
Bir küpün üst yüzüne bir piramit (c) yerleştirilirse, o zaman spin ağında bu yüzü temsil eden çizginin küp düğümünü piramit düğümüne (d) bağlaması gerekir. Piramidin dört serbest yüzüne ve küpün beş serbest yüzüne karşılık gelen çizgiler, karşılık gelen düğümlerden uzanmalıdır. (Diyagramı basitleştirmek için sayılar çıkarılmıştır.)
Genel olarak, bir spin ağında, bir alan kuantumu bir çizgiyle (e) gösterilir ve birçok kuantadan oluşan bir alan, birçok çizgiyle (f) gösterilir. Benzer şekilde, bir hacim kuantumu bir düğüm (g) ile temsil edilirken, daha büyük bir hacim birçok düğüm (h) içerir. Dolayısıyla, küresel bir kabuğun içindeki hacim, içinde bulunan tüm düğümlerin toplamı ile verilir ve yüzey alanı şu şekildedir: bölgenin sınırından geçen tüm çizgilerin toplamına eşittir.
Döndürme ağları, çokyüzlülerden yapılan yapılardan daha temeldir: çokyüzlülerin herhangi bir kombinasyonu, karşılık gelen bir diyagramla temsil edilebilir, ancak bazı düzenli döndürme ağları, çokyüzlülerden oluşturulamayan hacim ve alan kombinasyonlarını temsil eder. Bu tür spin ağları, uzayın güçlü yerçekimsel alanlar veya Planck ölçeğindeki geometrinin kuantum dalgalanmaları tarafından bükülmesi durumunda ortaya çıkar.

Madde ve enerji içinde hareket ettiğinde ve yerçekimi dalgaları içinden geçtiğinde uzayın FORMUNDA meydana gelen DEĞİŞİKLİK, ayrı yeniden düzenlemelerle, spin ağının adımlarıyla tasvir edilir. İncirde. ve üç hacimli kuantumdan oluşan bağlantılı bir grup birleşerek birleşir; Ters işlem de mümkündür. İncirde. b iki birim alanı paylaşır ve bitişik birimlere farklı bir şekilde bağlanır. Çokyüzlü olarak tasvir edildiğinde, iki çokyüzlü ortak yüzleri boyunca birleştirilir ve kristallerin başka bir düzlem boyunca bölünmesinde olduğu gibi bölünür. Spin ağındaki bu tür adımlar, yalnızca uzay geometrisindeki büyük değişikliklerle değil, aynı zamanda Planck ölçeğindeki sürekli kuantum dalgalanmalarıyla da meydana gelir.
Adımları temsil etmenin başka bir yolu da diyagrama başka bir boyut, yani zaman eklemektir. Sonuç, döner köpüktür (c). Döndürme ağının çizgileri düzlem haline gelir ve düğümler çizgilere dönüşür. Zamanın belirli bir noktasındaki bir dilim döner köpük, bir dönüş ağını temsil eder. Bu tür bir dizi kesme yaptıktan sonra, spin ağının zaman içindeki gelişimini anlatan bir filmin karelerini elde edeceğiz (d). Ancak ilk bakışta sorunsuz ve sürekli gibi görünen evrimin aslında hızlı bir şekilde gerçekleştiğini unutmayın. Turuncu bir çizgi içeren tüm döndürme ağları (ilk üç kare), uzayın tamamen aynı geometrisini gösterir. Çizgilerin uzunluğu önemli değildir; geometri için önemli olan, çizgilerin nasıl bağlandığı ve her birinin numarasıdır. Ile işaretlenmiş. Hacim ve alan kuantumunun göreceli konumunu ve boyutunu belirleyen şey budur. Yani, Şekil d'de, ilk üç kare sırasında geometri sabit kalır - 3 hacim kuantumu ve 6 alan kuantumu. Daha sonra uzay aniden değişir: Son karede gösterildiği gibi 1 hacim kuantumu ve 3 alan kuantumu kalır. Böylece, döner köpük tarafından belirlenen süre sürekli olarak değil, ani ayrık adımlardan oluşan bir dizi halinde değişir.
Her ne kadar netlik sağlamak adına bu tür diziler film kareleri olarak gösterilse de, geometrinin evrimini bir saatin ayrı ayrı vuruşları olarak düşünmek daha doğrudur. Tek bir “işaret” ile turuncu bir kuantum alan elde edilir; bir dahaki sefere ortadan kaybolmuştur: aslında "kene"yi tanımlayan şey onun ortadan kaybolmasıdır. Birbirini takip eden "işaretler" arasındaki aralık yaklaşık olarak Planck zamanına eşittir (10-43 saniye), ancak aralarında zaman yoktur; Tıpkı iki komşu H2O molekülü arasında su olmadığı gibi, "arada" da olamaz.

MİLYARLARCA ışıkyılı uzaklıkta bir gama ışını patlaması meydana geldiğinde, anlık patlama devasa miktarda gama ışını üretir. Döngü kuantum yerçekimi teorisine uygun olarak, bir spin ağı boyunca hareket eden bir foton, zamanın her anında birkaç çizgiyi işgal eder; biraz boşluk (gerçekte, şekilde gösterildiği gibi ışık kuantumu başına çok sayıda çizgi vardır, beş değil). Uzayın ayrık doğası, gama ışınlarının daha yüksek enerjiye sahip olmasına ve biraz daha hızlı hareket etmesine neden olur. Fark önemsizdir, ancak uzay yolculuğu sırasında etki milyarlarca yıl boyunca birikir. Patlama sırasında üretilen farklı enerjilerdeki gama ışınları Dünya'ya farklı zamanlarda ulaşırsa, bu, döngü kuantum yerçekimi teorisinin lehine bir kanıttır ve yeterince hassas donanıma sahip olacak GLAST uydusunun 2006 yılında fırlatılması planlanmaktadır. Gama radyasyonunun dağılımını tespit etmek için ekipman.

Uzaylar birbirine belirli bir şekilde bağlanır, böylece küçük zaman ve uzunluk ölçeklerinde rengarenk, ayrık bir uzay yapısı oluştururlar ve büyük ölçeklerde sorunsuz bir şekilde sürekli, pürüzsüz uzay-zamana dönüşürler.

Döngü yerçekimi ve parçacık fiziği

Döngü kuantum yerçekimi teorisinin avantajlarından biri, parçacık fiziğinin Standart Modelini açıklarkenki doğallığıdır.

Bu nedenle Bilson-Thompson ve ortak yazarlar, döngü kuantum yerçekimi teorisinin, dört temel kuvvetin tümünü otomatik olarak birleştirerek Standart Model'i yeniden üretebileceğini öne sürdüler. Aynı zamanda, brad (lifli uzay-zaman dokumaları) şeklinde sunulan preonların yardımıyla, daha fazla veya daha fazla özelliğe sahip ilk nesil temel fermiyonların (kuarklar ve leptonlar) başarılı bir modelini oluşturmak mümkün oldu. yüklerinin ve paritelerinin daha az doğru şekilde çoğaltılması.

Orijinal Bilson-Thompson makalesi, ikinci ve üçüncü nesil temel fermiyonların daha karmaşık sütyenliler olarak temsil edilebileceğini ve birinci nesil fermiyonların mümkün olan en basit sütyenliler olarak temsil edilebileceğini öne sürdü, ancak karmaşık sütyenliler için özel bir gösterim verilmedi. Elektrik ve renk yüklerinin yanı sıra daha yüksek dereceli nesillere ait parçacıkların paritesinin, birinci nesil parçacıklarla tamamen aynı şekilde elde edilmesi gerektiğine inanılmaktadır. Kuantum hesaplama yöntemlerinin kullanılması, bu tür parçacıkların kararlı olduğunu ve kuantum dalgalanmalarının etkisi altında bozulmadığını göstermeyi mümkün kıldı.

L.Freidel ( L. Freidel), J. Kowalski-Glickman ( J. Kowalski-Glikman) ve A. Starodubtsev 2006 tarihli makalelerinde temel parçacıkların yerçekimsel alanın Wilson çizgileri kullanılarak temsil edilebileceğini öne sürdüler; bu da parçacıkların özelliklerinin (kütle, enerji ve dönüşleri), temel nesneler olan Wilson döngülerinin özelliklerine karşılık gelebileceğini ima etti. döngü kuantum yerçekimi teorisi. Bu çalışma Bilson-Thompson preon modeli için ilave teorik destek olarak görülebilir.

Model formalizmini kullanma döndürme köpüğü Döngü kuantum yerçekimi teorisiyle doğrudan ilgili olan ve yalnızca ikincisinin başlangıç ilkelerine dayanan, Bradson'dan bağımsız olarak fotonlar, gluonlar ve gravitonlar gibi Standart Modelin diğer bazı parçacıklarını yeniden üretmek de mümkündür. Fermiyonlar için Thompson şeması. Ancak 2006 yılı itibarıyla bu formalizmi kullanarak helon modellerinin oluşturulması henüz mümkün olmamıştır. Helon modeli, Higgs bozonunu oluşturmak için kullanılabilecek brad'lar içermez, ancak prensip olarak bu model, bu bozonun bir tür bileşik sistem biçiminde var olma olasılığını inkar etmez. Bilson-Thompson, daha büyük kütleli parçacıkların genellikle daha karmaşık bir iç yapıya sahip olması nedeniyle (başlıkların bükülmesi dahil), bu yapının kütle oluşum mekanizmasıyla ilişkili olabileceğini belirtiyor. Örneğin Bilson-Thompson modelinde sıfır kütleye sahip bir fotonun yapısı bükülmemiş sütyenlere karşılık gelir. Doğru, döner köpük formalizminde elde edilen foton modelinin, modelinde üç bükülmemiş şeritten oluşan Bilson-Thompson fotonuna karşılık gelip gelmediği belirsizliğini koruyor (foton modelinin birkaç versiyonunun döner köpük içinde oluşturulabilmesi mümkündür) formalizm).

Ekim 2006'da Bilson-Thompson makalesini değiştirerek modelinin preon modellerinden ilham almasına rağmen kelimenin tam anlamıyla preon olmadığını, dolayısıyla preon modelindeki topolojik diyagramların büyük olasılıkla diğer temel teorilerde kullanılabileceğini belirtti. örneğin M-teorisi gibi. Preon modellerine uygulanan teorik kısıtlamalar onun modeline uygulanamaz, çünkü bu modelde temel parçacıkların özellikleri alt parçacıkların özelliklerinden değil, bu alt parçacıkların birbirleriyle (sütsüzler) bağlantılarından kaynaklanır. Bir olasılık, örneğin preonları M teorisine veya döngü kuantum yerçekimi teorisine "gömmektir".

Sabine Hossenfelder, "her şeyin teorisi" için iki alternatif adayın (sicim teorisi ve döngü kuantum çekimi) aynı madalyonun iki yüzü olarak değerlendirilmesini önerdi. Döngü kuantum çekiminin özel görelilik teorisiyle çelişmemesini sağlamak için, sicim teorisinde dikkate alınanlara benzer etkileşimlerin dahil edilmesi gerekmektedir. .

Teorinin sorunları

Makalesinin değiştirilmiş bir versiyonunda Bilson-Thompson, modelindeki çözülmemiş sorunların parçacık kütle spektrumu, spinler, Cabibbo karışımı ve modelini daha temel teorilere bağlama ihtiyacı olarak kaldığını kabul ediyor.

Makalenin daha sonraki bir sürümü, Puchner geçişlerini kullanan sütyenlerin dinamiklerini açıklamaktadır. Pachner hamleleri).

Ayrıca bakınız

Kaynaklar

, "Büyük Bilimin Unsurları"

"Döngü Kuantum Yerçekimi" makalesi hakkında bir inceleme yazın

Edebiyat

Lee Smolin, Kuantum Yerçekimine Giden Üç Yol, Temel Kitaplar, 2001.
John Baez Alanın Kuantumu?, Doğa, cilt 421, s. 702–703; Şubat 2003.
Lee Smolin, arxiv.org/hep-th/0303185.
Kuantum Yerçekimi'ne hoş geldiniz. Özel Bölüm, Fizik Dünyası, Cilt.16, Sayı.11, s. 27–50; Kasım 2003.
Oleg Feigin.. - M.: Eksmo, 2012. - 288 s. - (Evrenin sırları). - 3000 kopya. - ISBN 9785699530168.

Notlar

Yerçekimi teorileri

Standart yerçekimi teorileri	Alternatif yerçekimi teorileri	Yer çekiminin kuantum teorileri	Birleşik alan teorileri
Klasik fizik Genel görelilik teorisi - Genel görelilik teorisinin matematiksel formülasyonu - Hamilton'un genel görelilik formülasyonu Prensipler Geometrodinamik ( İngilizce)	Klasik göreceli	Döngü kuantum yerçekimi Yarı klasik yerçekimi ( İngilizce) Nedensel dinamik üçgenleme ( İngilizce) Wheeler-DeWitt denklemi ( İngilizce) İndüklenmiş yerçekimi ( İngilizce) Değişmeli olmayan geometri ( İngilizce)	Çok boyutlu Çok boyutlu uzayda genel görelilik Teller Sicim teorisi Diğerleri

Döngü Kuantum Yerçekimini karakterize eden alıntı

Prens Nikolai Andreevich Bolkonsky'nin mülkü olan Kel Dağlar'da, genç Prens Andrei ve prensesin gelişi her gün bekleniyordu; ama bu bekleyiş, yaşlı prensin evinde yaşamın düzenli akışını bozmadı. Paul yönetimindeki köye sürgün edildiği andan itibaren toplumda le roi de Prusse, [Prusya Kralı] lakaplı olan Baş General Prens Nikolai Andreevich, kızı Prenses Marya ile birlikte sürekli olarak Kel Dağlarında yaşadı ve arkadaşı M lle Bourienne ile birlikte. [Matmazel Bourien.] Ve yeni hükümdarlık döneminde, başkentlere girmesine izin verilmiş olmasına rağmen, kırsalda da ara vermeden yaşamaya devam etti ve eğer birinin ona ihtiyacı olursa, o zaman bir buçuk yüz mil uzakta olacağını söyledi. Moskova'dan Kel Dağlara, ama ne olur ki kimseye veya hiçbir şeye ihtiyaç yoktur. İnsani kötü alışkanlıkların yalnızca iki kaynağı olduğunu söyledi: tembellik ve batıl inanç ve yalnızca iki erdem olduğunu: faaliyet ve zeka. Kızının yetiştirilmesinde kendisi de yer aldı ve yirmi yaşına gelene kadar onda her iki temel erdemi de geliştirmek için ona cebir ve geometri dersleri verdi ve tüm hayatını sürekli çalışmalara ayırdı. Kendisi sürekli olarak ya anılarını yazmakla ya da yüksek matematik hesaplamalarıyla ya da bir makinede enfiye kutularını çevirmekle ya da bahçede çalışmak ve malikanesinde durmayan binaları gözlemlemekle meşguldü. Faaliyetin temel koşulu düzen olduğundan, yaşam biçimindeki düzen en üst düzeyde hassasiyete getirildi. Sofraya gidişleri aynı değişmez koşullar altında, sadece aynı saatte değil, aynı dakikada gerçekleşti. Prens, kızından hizmetkarlarına kadar etrafındaki insanlarla sert ve her zaman talepkardı ve bu nedenle, zalim olmadan, en zalim insanın kolayca başaramayacağı korku ve saygıyı kendine uyandırdı. Emekli olmasına ve artık devlet işlerinde hiçbir önemi olmamasına rağmen, prensin malikanesinin bulunduğu ilin her başkanı, ona gelmeyi bir görev olarak görüyor ve tıpkı bir mimar, bahçıvan veya Prenses Marya gibi, prensin gelmesini bekliyordu. Prensin yüksek garsonun odasına görüneceği saat. Ve bu garsondaki herkes aynı saygı duygusunu ve hatta korkuyu yaşarken, ofisin çok yüksek kapısı açıldı ve pudralı peruklu, küçük kuru elleri ve gri sarkık kaşları olan, yaşlı bir adamın kısa figürü ortaya çıktı. kaşlarını çattığında akıllı insanların parlaklığını ve kesinlikle genç, ışıltılı gözlerini gizledi.
Yeni evlilerin geldiği gün, her zamanki gibi, Prenses Marya sabah selamı için belirlenen saatte garsonun odasına girdi ve korkuyla haç çıkardı ve bir iç dua okudu. Her gün içeri giriyor ve bu günlük randevunun iyi geçmesi için her gün dua ediyordu.
Garsonun odasında oturan pudralı, yaşlı bir hizmetçi sakin bir hareketle ayağa kalktı ve fısıltıyla şunu duyurdu: "Lütfen."
Makinenin tekdüze sesleri kapının arkasından duyulabiliyordu. Prenses, kolayca ve sorunsuzca açılan kapıyı çekinerek çekti ve girişte durdu. Prens makinede çalışıyordu ve geriye dönüp baktığında işine devam etti.
Büyük ofis, sürekli kullanımda olduğu belli olan şeylerle doluydu. Üzerinde kitapların ve planların durduğu büyük bir masa, kapılarında anahtarlar bulunan uzun cam kütüphane dolapları, üzerinde açık bir not defterinin bulunduğu yüksek bir yazı masası, aletlerin yerleştirildiği ve etrafa talaşların saçıldığı bir torna tezgahı - her şey sabit, çeşitli ve farklı bir görünüm sergiliyordu. düzenli faaliyetler. Gümüş işlemeli bir Tatar çizmesi giymiş küçük ayağının hareketlerinden ve adaleli, ince elinin sağlam duruşundan, prenste yeni yaşlılığın inatçı ve dayanıklı gücü görülebiliyordu. Birkaç daire çizdikten sonra ayağını makinenin pedalından çekti, keskiyi sildi, makineye bağlı deri cebe attı ve masaya yaklaşarak kızını aradı. Çocuklarını asla kutsamadı ve sadece kirli, şimdi tıraşsız yanağını ona sunarak ona sert ve aynı zamanda dikkatlice bakarak şöyle dedi:
- Sağlıklı mısın?... peki, otur!
Kendi eline yazdığı geometri defterini aldı ve ayağıyla sandalyesini ileri itti.
- Yarın için! - dedi sayfayı hızla bulup paragraftan paragrafa sert bir çiviyle işaretleyerek.
Prenses defterinin üzerine masaya eğildi.
Yaşlı adam birdenbire, "Dur, mektup senin için," dedi ve masanın üstüne iliştirilen cebinden kadın eliyle yazılmış bir zarf çıkarıp masanın üzerine attı.
Mektubu görünce prensesin yüzü kırmızı lekelerle kaplandı. Hızla onu aldı ve ona doğru eğildi.
- Eloise'den mi? - diye sordu prens, hâlâ güçlü ve sarımsı dişlerini soğuk bir gülümsemeyle göstererek.
"Evet, Julie'den" dedi prenses çekingen bir tavırla bakıp çekingen bir şekilde gülümseyerek.
Prens sert bir şekilde, "İki mektubu daha kaçıracağım ve üçüncüsünü okuyacağım," dedi. "Korkarım çok fazla saçmalık yazıyorsunuz." Üçüncüyü okuyacağım.
Prenses, "En azından bunu oku mon pere, baba," diye yanıtladı prenses, daha da kızararak mektubu ona uzattı.
Prens kısaca "Üçüncü, dedim, üçüncü" diye bağırdı, mektubu itti ve dirseklerini masaya dayayarak geometri çizimlerinin olduğu bir defter çıkardı.
Yaşlı adam, defterin üzerine kızına doğru eğilerek ve bir elini prensesin oturduğu sandalyenin arkasına koyarak, "Pekala hanımefendi," diye söze başladı, böylece prenses her tarafının o tütün ve bunaklıkla çevrelenmiş olduğunu hissetmişti. Uzun zamandır tanıdığı babasının keskin kokusu. - Hanımefendi, bu üçgenler benzer; görmek ister misin, abc açısı...
Prenses, babasının kendisine yakınlaşan ışıltılı gözlerine korkuyla baktı; Yüzünde kırmızı noktalar parlıyordu ve hiçbir şey anlamadığı açıktı ve korkunun, ne kadar açık olursa olsun, babasının sonraki yorumlarını anlamasını engelleyeceğinden korkuyordu. İster öğretmen suçlu olsun, isterse öğrenci suçlu olsun, her gün aynı şey tekrarlanıyordu: Prensesin gözleri karardı, hiçbir şey görmedi, hiçbir şey duymadı, yalnızca yakınında sert babasının kuru yüzünü hissetti, onun acısını hissetti. nefes alıyor ve kokuyordu ve sadece ofisten nasıl hızla ayrılabileceğini ve sorunu kendi açık alanında nasıl anlayabileceğini düşünüyordu.
Yaşlı adam öfkesini yitirdi: Oturduğu sandalyeyi kükreyerek itip geri çekti, heyecanlanmamak için kendini kontrol etmeye çalıştı ve neredeyse her heyecanlandığında, küfrediyor ve bazen defterini fırlatıyordu. .
Prenses cevabında bir hata yaptı.
- Peki, ne aptal! - prens bağırdı, not defterini itti ve hızla arkasını döndü, ama hemen ayağa kalktı, etrafta dolaştı, elleriyle prensesin saçına dokundu ve tekrar oturdu.
Yaklaştı ve yorumuna devam etti.
"İmkansız prenses, imkansız" dedi, verilen derslerin bulunduğu defteri alıp kapatan prenses çoktan ayrılmaya hazırlanırken, "matematik harika bir şey, hanımefendi." Ve senin aptal kadınlarımız gibi olmanı istemiyorum. Dayanacak ve aşık olacak. "Eliyle yanağını okşadı. - Saçmalık kafandan fırlayacak.
Dışarı çıkmak istedi, adam onu bir hareketle durdurdu ve yüksek masadan yeni, kesilmemiş bir kitap çıkardı.
- İşte Eloise'inizin size gönderdiği Kutsal Ayinin Anahtarı'ndan bir başkası. Din. Ben de kimsenin inancına karışmıyorum... İçine baktım. Al onu. Peki, git, git!
Onun omzuna dokundu ve kapıyı arkasından kilitledi.
Prenses Marya, kendisini nadiren terk eden ve çirkin, hastalıklı yüzünü daha da çirkinleştiren üzgün, korkmuş bir ifadeyle odasına döndü ve minyatür portrelerle kaplı, defterler ve kitaplarla dolu masasına oturdu. Babası ne kadar düzgünse prenses de düzensizdi. Geometri defterini bıraktı ve sabırsızlıkla mektubu açtı. Mektup prensesin çocukluğundan beri en yakın arkadaşındandı; Bu arkadaş, Rostov'ların isim gününde olan Julie Karagina'nın aynısıydı:
Julie şunu yazdı:
"Chere et Excellente amie, quele berbat ve cüretkar bir şey seçti, çünkü yokluğum benim için çok kötü, varoluşumun en güzel kısmı ve en güzelim, birbirinden ayrı olan mesafe çok kötü, nos coeurs sont unis par des." çözünmeyen hacizler; Kaderime karşı isyan ettim, ve ne yazık ki, çevremdeki huzur ve dikkat dağıtıcı şeyleri kötüleştirdim, ayrılıktan dolayı duyduğum sevgiye duyduğum bazı özlemleri boşa çıkardım. Büyük Kabine Sur le Kanape Bleu, le Kanape ve Güvenler? je crois voir devant moi, quand je vous ecris.”
[Sevgili ve paha biçilmez dostum, ayrılık ne kötü ve korkunç şeydir! Varlığımın ve mutluluğumun yarısının sende olduğunu ne kadar söylesem de, aramızdaki mesafelere rağmen kalplerimizin ayrılmaz bağlarla birleştiğini, kalbimin kadere isyan ettiğini, tüm zevklere ve oyalanmalara rağmen kalbimin isyan ettiğini. etrafımı sarıyorum, ayrılığımızdan bu yana kalbimin derinliklerinde yaşadığım bazı gizli üzüntüleri bastıramıyorum. Neden geçen yaz olduğu gibi büyük ofisinizde, mavi kanepenizde, “itiraflar” kanepesinde birlikte değiliz? Neden üç ay önce olduğu gibi, çok sevdiğim ve sana yazarken karşımda gördüğüm uysal, sakin ve etkileyici bakışlarından yeni bir ahlaki güç alamıyorum?]
Buraya kadar okuduktan sonra Prenses Marya içini çekti ve sağında duran tuvalet masasına baktı. Ayna çirkin, zayıf bir bedeni ve zayıf bir yüzü yansıtıyordu. Her zaman üzgün olan gözler şimdi aynada özellikle umutsuzca kendilerine bakıyordu. "Beni gururlandırıyor" diye düşündü prenses, arkasını döndü ve okumaya devam etti. Ancak Julie arkadaşını övmedi: Gerçekten de prensesin gözleri büyük, derin ve parlak (sanki bazen demetler halinde sıcak ışık ışınları çıkıyormuş gibi) o kadar güzeldi ki, tüm çirkinliğine rağmen çoğu zaman yüz, bu gözler güzellikten daha çekici hale geldi. Ama prenses gözlerinde hiç iyi bir ifade görmemişti; kendisini düşünmediği anlarda bu ifadeyi takınıyordu. Her insan gibi aynaya baktığı anda yüzü gergin, doğal olmayan, kötü bir ifadeye bürünüyordu. Okumaya devam etti: 211

Birkaç şey beni döngü kuantum çekimi hakkında bir not yazmaya sevk etti. Ve bunlardan biri, "bilgisi olmayan" bir kişinin ne tartışıldığını neredeyse hiç anlayamadığı bu konuyla ilgili. Bu çok zekice ve Vikipedi için tamamen işe yaramaz:

Sundance Bilson-Thompson 2005 tarihli makalesinde (görünüşe göre M. Khovanov'un daha genel örgü teorisine dayanan) Harari rişonlarının şerit adı verilen uzatılmış şerit benzeri nesnelere dönüştürüldüğü bir model önerdi. Potansiyel olarak bu, temel parçacıkların alt bileşenlerinin kendi kendine organize olmasının nedenlerini açıklayabilir ve bu da bir renk yükünün ortaya çıkmasına yol açarken, önceki preon (Rishon) modelinde temel öğeler nokta parçacıklarıydı ve renk yükü varsayılmıştı. Bilson-Thompson uzatılmış şeritlerine "gelon", modeline ise gelon adını veriyor. Bu model, elektrik yükünün şeritler büküldüğünde ortaya çıkan topolojik bir varlık olarak yorumlanmasına yol açmaktadır.

Normal bir insan için net değil ama olay şu.

Bilinen ilk yerçekimi teorisi Aristoteles tarafından oluşturuldu. Cisimlerin kütleyle doğru, ortamın yoğunluğuyla ters orantılı olarak farklı hızlarda düştüklerine inanıyordu. Bu durum sürtünme varlığında neredeyse doğrudur. Ancak o zamanlar teorinin hâlâ pek pratik bir anlamı yoktu.

Bilimsel yerçekimi teorisi Newton tarafından yaratıldı, herkes bunu okulda okudu, bu yüzden size hatırlatmayacağım. Newton cisimlerin birbirini çekmesi yasasını tanımladı. Ancak 20. yüzyıla gelindiğinde fizikçiler yasa çıkarmaktan nedenleri aramaya geçtiler. Önemli hale gelen soru “nasıl” değil, “neden” oldu. Ve Einstein'dan başkası Riemann geometrisine dayanan bir yerçekimi teorisi önermedi: yerçekimi, dört boyutlu uzay-zamanın eğriliği tarafından belirlenir. Fiziğin oldukça soyut geometriyle modellendiği ortaya çıktı. Teori zariftir ve deneysel olarak doğrulanmıştır.

Ancak fizikçiler burada durmadı. Gerçek şu ki, 20-30'larda kuantum mekaniği geliştirildi ve bu, oldukça hızlı bir şekilde kuantum alan teorisine dönüştü. Mesele şu ki, fiziksel nicelikler artık sürekli değil, adım adım ayrık değerler alıyor. Örneğin enerji. Kuantum alan teorisinde, bazı bölünmez "parçalar" olan kuantum, temel etkileşimlerin "taşıyıcıları" haline geldi. En basit şey elektrodinamikteki fotonlardır (veya örneğin ışığın fotonlarıdır). Veya gluonlar - kuarkların güçlü etkileşiminde. Ancak özü benzerdir. Üstelik teoriler, mikro düzeyde kuantum düzeyinde "çalışmanın" mümkün olacağı, ancak makro düzeye sürekli geçişle alanın tüm tipik özelliklerinin elde edileceği şekilde inşa edildi. Fizikte 4 tip temel alan (etkileşim) bilinmektedir ve bunlardan üçü kuantize edilmiştir. Ama yerçekimi değil. Dahası, kütleçekim alanını niceleme sorunlarının o kadar temel olduğu ortaya çıktı ki, fizikçiler tüm temel alanları (neden? dünyanın nasıl çalıştığını açıklamak için) ve sicim teorilerini ve diğer fizik teorilerini birbirine "bağlamanın" başka yollarını aramaya başladılar. Her şey egzotik uzaylara ve simetrilere dayalı olarak ortaya çıktı.

Tüm bu teorilerin matematikçiler tarafından çok sevilen bir özelliği vardı: uzayın geometrisinin sürekli ve pürüzsüz olduğu düşünülüyordu. Aslında Einstein'ın kullandığı Riemann geometrisinde de bu böyledir. 80'lerin ortasında, Lee Smolin ve meslektaşları pürüzsüzlük ve süreklilikten vazgeçme riskini aldılar ve ilk kez, uzayın da kuantize edilmesi koşuluyla, tutarlı bir kuantum yerçekimi modeli oluşturmayı başardılar! Yani, tuhaf bir şekilde birbirine bağlanan Planck uzunluğundaki (on eksi 33 cm) "hücrelerden" oluşur. Sunum kolaylığı için hücreler yerine düğümleri dikkate almaya başladılar ve bağlantıları, adını vermeye başladıkları şeyi oluşturdu. döndürme ağı. Bu, ne kadar kavisli olursa olsun herhangi bir geometriyi belirlemenize olanak tanır. Beklenmedik bir şekilde, görünüşte soyut bir matematik disiplini olan topoloji, bu tür nesneleri inceleyen kişi olduğu için burada aniden talep görmeye başladı.

Ancak spin ağı, durumun yalnızca anlık bir "anlık görüntüsüdür". Gerçekte dünyada her an bir şeyler oluyor ve bu da ağın dönüşümünde ifadesini buluyor. Ağ artı zaman denir döndürme köpüğüçünkü zamanla ağ sürekli olarak "kaynıyor" ve sonsuz dönüşümler yaşıyor. Zamanın da ayrık olduğu, "tikler" arasındaki aralığın on eksi 43 cm olduğu "ortaya çıktı".

Her iyi teori gibi (ve bu arada, Sicim Teorisinden farklıdır), kuantum kütleçekim teorisi, onu doğrulayabilecek veya çürütebilecek deneylere izin verir. Şu anda, modern ekipman bu tür deneylerin yapılmasına izin vermiyor - uzayın "tanesinin" verdiği etkiler çok küçük - ancak bilim adamlarının teknolojisi ve hayal gücü hala geçerli değil. Her halükarda bu tür deneyler imkansız görünmüyor.

Ayrıca yakın zamanda döngüsel kuantum yerçekiminin "sınırda" Einstein modeline yol açtığı da kanıtlandı (ancak aksi takdirde mantıklı olmazdı). İlginçtir ki, Einstein'ın teorisinden farklı olarak, "bizim" teorimizde, Evren Büyük Patlama'dan önce de mevcuttu.

Şimdi Vikipedi'nin ne hakkında yazdığına dönme zamanı. Aslında önemli şeyler hakkında. Döngü kuantum yerçekimi teorisinin şu sonuca varmamızı sağlaması gerçeği:

Okumak faydalı olabilir: