Teorija struna vs kvantna teorija gravitacije petlje. Kvantna gravitacija petlje - Bilješke na marginama - LiveJournal. Izvod koji karakterizira kvantnu gravitaciju petlje

Dom

Definicija 1

Kvantna teorija petlje predstavlja znanje o gravitaciji kvanata u petlji. Njegovi osnivači bili su naučnici kao što su T. Jacobson, C. Rovelli, A. Ashtekar i L. Smolin.

Suština kvantne teorije petlje

Prema ovoj teoriji, vrijeme i prostor se sastoje od diskretnih kvantnih ćelija povezanih na određeni način jedna s drugom. Ovo im omogućava da stvore diskretnu strukturu na malim vremenskim skalama, a na velikim vremenskim skalama vremenski prostor postaje kontinuiran.

Dakle, prostor se sastoji od vrlo malih ćelija, glatko povezanih jedna s drugom, formirajući okolni prostor za nas. U trenucima kada ovi snopovi formiraju čvorove i spletove, formiraju se elementarne čestice.

Zahvaljujući kvantnoj gravitaciji u petlji, naučnici su uspeli da otkriju činjenicu da početna singularnost nestaje pod uticajem kvantnih efekata. Tako Veliki prasak prestaje biti veo misterije iza kojeg se ne može gledati. Nauka nam sada omogućava da pogledamo događaje koji su se odigrali u svemiru prije njega.

Glavni objekti u kvantnoj teoriji petlje su posebne ćelije prostora, čije stanje i ponašanje kontroliše određeno polje koje postoji u njima. Njegova vrijednost postaje takozvano „unutrašnje vrijeme“ za takve ćelije. Drugim riječima, prijelaz iz slabog polja u jače pretpostavlja postojanje “prošlosti” sposobne da utiče na određenu “budućnost”.

Shodno tome, teorija izjednačava prostor sa atomima: brojevi dobijeni prilikom određivanja zapremine formiraju diskretni skup, koji omogućava da se zapremina menja u odvojenim delovima. To, pak, lišava prostor kontinuiteta i dopušta ideju o njegovom postojanju u formatu određenih kvantnih jedinica volumena i površine.

Specifičnosti kvantne teorije petlje

U slučaju opisivanja kvantnomehaničkih pojava, fizičari izračunavaju vjerovatnoću različitih procesa koji se dešavaju pod određenim okolnostima. Ista stvar se dešava kada se koristi teorija kvantne gravitacije petlje za opisivanje promjena u geometriji prostora ili kretanja polja i čestica u spin mreži.

Naučnik Thomas Tiemann bio je u stanju da izvede tačne izraze za određivanje kvantne vjerovatnoće koraka spin mreže. Krajnji rezultat ovakvih proračuna bila je pojava jasne metodologije za izračunavanje vjerovatnoće bilo kojeg procesa čije je porijeklo vjerovatno na ovom svijetu u okviru podređenosti zakonima gornje teorije.

Teorija relativnosti pretpostavlja neodvojivost vremena i prostora jedno od drugog i njihovo postojanje u formatu jedinstvenog vremenskog prostora. Uvodeći koncept vremenskog prostora u kvantnu teoriju petlje, spin mreže koje predstavljaju prostor postaju ono što se naziva "spin pena".

Kada se uključi još jedan indikator mjerenja - vrijeme - linije spin mreže se šire i transformiraju u dvodimenzionalne površine, dok se čvorovi u liniji rastvaraju. Prijelazi koji izazivaju promjene u spin mreži sada su predstavljeni u obliku posebnih čvorova, unutar kojih se kombiniraju linije pjene. Snimak tekućeg procesa vizualno je sličan slici presjeka vremenskog prostora.

Sličan komad spin pene je spin mreža, ali ne treba pogrešiti u pogledu kretanja ravni preseka u kontinuiranom režimu, slično glatkom toku vremena. Slično procesu definiranja prostora kao diskretne geometrije spin mreže, vrijeme će biti definirano kao niz pojedinačnih koraka koje mreža preuređuje.

Stoga se mogu izvući određeni zaključci:

1. O diskretnosti vremena, odnosno ne teče kao rijeka, već više podsjeća na sat koji otkucava, čiji je interval između otkucaja približno jednak Plankovom vremenu. Drugim riječima, vrijeme u Univerzumu mjeri se nebrojenim brojkama satova: u području gdje se kvantni korak vrši u okretnoj pjeni, sat proizvodi jedan „otkucaj“.
2. Kvantna gravitacija petlje doprinosi karakterističnim predviđanjima novih događaja i pojava. U stvari, smatra se da je potpuno kompatibilan sa postulatom o trodimenzionalnom svijetu i jednovremenskoj dimenziji.
3. Iako je kompatibilan sa širokim spektrom različitih verzija materije sadržane u svijetu, ne zahtijeva simetrije, dimenzije ili stepene slobode osim onih koje istražuju naučnici.

U isto vrijeme, postoje verzije kvantne gravitacije petlje koje uključuju supersimetriju i proširuju mnoge rezultate na veće dimenzije. Iz tog razloga, kada postoje indicije o prisutnosti supersimetrije ili viših dimenzija, ne nastaju problemi za kvantnu teoriju petlje. Umjesto toga, pretpostavke o gravitaciji kvantne petlje primjenjivat će se na strukturu prostora na vrlo malim udaljenostima.

Dakle, kvantna gravitacija petlje pretpostavlja postojanje u stvarnosti glatke slike vremenskog prostora klasične opšte teorije relativnosti samo kao rezultat usrednjavanja diskretne strukture, unutar koje regije i površine mogu imati isključivo određene diskretne kvantizirane vrijednosti volumena i oblasti.

Napomena 2

Kvantna gravitacija petlje omogućava dobijanje specifičnih pretpostavki za diskretnu geometriju kvanta (govorimo o malim udaljenostima). Štaviše, takve pretpostavke počinju da se formiraju na osnovu prvih principa, te stoga isključuju elemente prilagođavanja.

U tom smislu, pristupi u kvantnoj gravitaciji petlje imaju određene razlike u odnosu na druge pristupe koji postuliraju neki oblik diskretne strukture u formatu početne pozicije i ne izvode je kao posledicu kombinovanja opšte teorije relativnosti sa kvantnom teorijom.

Razlike između teorije struna i petlje kvantne teorije gravitacije

Naučnici primjećuju fundamentalne razlike između kvantne teorije petlje i drugih teorija. Konkretno, teorija superstruna. U potonjem, glavni objekti su višedimenzionalne membrane i žice koje se kreću u vremenu i prostoru koji su prvobitno pripremljeni za njih. Istovremeno, ova teorija nam ne dozvoljava da imenujemo faktore nastanka ovog višedimenzionalnog prostora.

Gore navedene teorije su zasnovane na jednodimenzionalnim proširenim objektima koji po svojoj dualnosti odgovaraju protoku linija mjernog kvantiziranog polja. Njihove razlike se uočavaju u tri odnosa:

1. Nizovi se smatraju sa svojstvom kretanja u klasičnom formatu, koji se odlikuje fiksnim izborom metrike i drugih klasičnih polja. Postojanje petlji je dozvoljeno da se razmatra na fundamentalnijem nivou, gde nema drugih polja i klasične metrike.
2. Gauge polje u slučaju petlji razmatra se u formatu mjernog polja svih Lorentz transformacija ili samo neke od njih. Sa otvorenim nizovima, takvo polje će odgovarati polju Yang-Mills.
3. Kvantna gravitacija petlje dozvoljava kvantizaciju bez odgovarajućih pretpostavki. U stvari, pošto globalna Lorencova invarijantnost ne predstavlja simetriju klasične opšte relativnosti, ona se ne može razmatrati u slučajevima bilo kakve egzaktne kvantizacije ove teorije.

Osamdeset godina je prošlo otkako su fizičari shvatili da su teorije kvantne mehanike i gravitacije nespojive, a misterija njihovog kombinovanja ostaje nerazjašnjena. Tokom proteklih decenija, istraživači su proučavali ovaj problem na dva različita načina - kroz i kroz kvantnu gravitaciju - koje naučnici koji ih praktikuju smatraju nekompatibilnim. Ali neki naučnici tvrde da je za napredak neophodno udružiti snage.

Dva kandidata za "teoriju svega", koja se dugo smatrala nespojivima, mogu se pokazati kao dvije strane istog novčića.

Među pokušajima da se ujedine kvantna teorija i gravitacija, najviše pažnje je privukao . Njegova premisa je jednostavna: sve je napravljeno od malih konaca. Žice mogu biti zatvorene ili otvorene; mogu vibrirati, rastezati, kombinovati ili se raspadati. I u toj raznolikosti leže objašnjenja za sve vidljive pojave, uključujući materiju i prostor-vrijeme.

Kvantna gravitacija petlje (LQG), naprotiv, daje manje od vrijednosti materija prisutna u prostor-vremenu i više se fokusira na svojstva samog prostor-vremena. U teoriji PKG, prostor-vrijeme je mreža. Glatka pozadina Ajnštajnove teorije gravitacije zamenjena je čvorovima i vezama kojima su dodeljena kvantna svojstva. Dakle, prostor se sastoji od zasebnih dijelova. PKG uglavnom proučava ove komade.

Ovaj pristup dugo vremena smatralo se nekompatibilnim sa teorijom struna. Zaista, njihove razlike su očigledne i duboke. Za početak, PCG proučava dijelove prostor-vremena, a teorija struna proučava ponašanje objekata u prostor-vremenu. Ove oblasti također dijele tehničke izazove. Teorija struna zahtijeva da u prostoru postoji 10 dimenzija; PKG ne radi u višim dimenzijama. Teorija struna pretpostavlja postojanje supersimetrije, u kojoj sve čestice imaju još neotkrivene partnere. Supersimetrija nije karakteristična za PCG.

Ove i druge razlike podijelile su zajednicu teorijske fizike u dva tabora.

"Konferencije su podijeljene", kaže Dorge Pullin, fizičar sa Državnog univerziteta Louisiana i koautor udžbenika o PCG-u. – Igrači petlje idu na konferencije petlje, gudači idu na konferencije sa žicama. Sada ne idu ni na konferencije o "fizici". Mislim da je to prilično nesrećno."

Ali neki faktori mogu približiti ove kampove. Nova teorijska otkrića otkrila su moguće sličnosti između PKG i teorije struna. Nova generacija teoretičara struna prešla je dalje od teorije struna i počela tražiti metode i alate koji bi mogli biti korisni u stvaranju „teorije svega“. A nedavni paradoks gubitka informacija u crnim rupama učinio je da se svi osjećaju skromnije.

Štaviše, u nedostatku eksperimentalne potvrde teorije struna ili PKG, matematički dokaz da su to dvije strane istog novčića bi tvrdio da se fizičari kreću prema "teoriji svega" u potrazi za "teorijom svega" u pravom smjeru. Kombinacija PKG i teorije struna učinila bi novu teoriju jedinstvenom.

Neočekivana veza

Pokušaji rješavanja nekih problema PKG-a doveli su do prve neočekivane veze sa teorijom struna. Fizičari koji proučavaju PKG nemaju jasno razumijevanje kako da pređu sa dijelova prostorno-vremenske mreže na opsežni opis prostor-vremena koji se poklapa s Ajnštajnovom opštom relativnošću, našom najboljom teorijom gravitacije. Štaviše, njihova teorija ne može prihvatiti poseban slučaj u kojem se gravitacija može zanemariti. Ovo je problem koji opsjeda svaki pokušaj korištenja prostora-vremena po komadima: u SRT-u linearne dimenzije pada objekta u zavisnosti od kretanja posmatrača u odnosu na objekat. Kompresija takođe utiče na veličinu delova prostor-vremena, koje posmatrači koji se kreću različitim brzinama različito percipiraju. Ovo neslaganje dovodi do problema sa centralnim principom Ajnštajnove teorije – da zakoni fizike ne zavise od brzine posmatrača.

„Teško je uvesti diskretne strukture, a da ne naiđete na SRT probleme“, kaže Pulin.

U radu iz 2014. godine napisanom sa kolegom Rudolfom Gambinijem, fizičarem na Universidad Republican de Uruguay u Montevideu, Pullin piše da dovođenje PKG-a u sklad sa SRT-om neizbježno povlači pojavu interakcija sličnih onima koje su prisutne u teoriji struna.

Pullinu se činilo vjerovatnim da ova dva pristupa imaju nešto zajedničko od suštinskog otkrića kasnih 1990-ih Juana Malzadene, fizičara sa Instituta za napredne studije u Princetonu, New Jersey. Malzadena je u anti-De Sitterovom prostor-vremenu (AdS) pomirio teoriju gravitacije i teoriju konformnog polja (CFT) na granici prostor-vremena. Koristeći AdS/CFT pristup, teorija gravitacije se može opisati koristeći razumljiviju teoriju polja.

Puna verzija dualizma je još uvijek hipoteza, ali ima dobro shvaćen granični slučaj kojim se teorija struna ne bavi. Budući da strune ne igraju ulogu u ovom slučaju, mogu se koristiti u bilo kojoj teoriji kvantne gravitacije. Pulin ovdje vidi zajednički jezik.

PKG kako ga je zamislio umjetnik

Hermann Verlinde, teorijski fizičar sa Univerziteta Princeton koji se često bavi teorijom struna, kaže da je moguće da PKG metode mogu baciti svjetlo na gravitacijsku stranu dualizma. U nedavnom radu koji je opisao pojednostavljeni model AdS/CFT u dvije dimenzije za prostor i jednu za vrijeme, ili, kako fizičari kažu, u slučaju “2+1”. Otkrio je da se AdS prostor može opisati korištenjem mreža poput onih koje se koriste u PCG-u. Unatoč činjenici da cijeli dizajn još uvijek radi u "2+1", nudi novi izgled na gravitaciju. Verlinde se nada da će generalizirati model više mjerenja. “PKG je gledano preusko. Moj pristup uključuje i druga područja. U intelektualnom smislu, ovo je pogled u budućnost”, rekao je on.

Ali čak i ako je moguće kombinirati metode PKG-a i teorije struna kako bi se krenulo naprijed s AdS prostorom, ostaje pitanje: koliko će takva kombinacija biti korisna? AdS prostor ima negativnu kosmološku konstantu (ovaj broj opisuje geometriju Univerzuma na velikim skalama), dok naš Univerzum ima pozitivnu. Ne živimo u matematičkoj konstrukciji koju opisuje AdS prostor.

Verlindeov pristup je pragmatičan. “Na primjer, za pozitivnu kosmološku konstantu, možda će nam trebati nova teorija. Pitanje je koliko će se onda razlikovati od ovoga. AdS je do sada najbolji nagoveštaj strukture koju tražimo, i moramo izvesti neki trik da bismo došli do pozitivne konstante.” On smatra da naučnici ne gube vrijeme s ovom teorijom: “Iako AdS ne opisuje naš svijet, on će nam dati lekcije koje će nas odvesti u pravom smjeru.”

Ujedinjenje na teritoriji crne rupe

Verlinde i Pullin ukazuju na još jednu mogućnost da se zajednica teorije struna i PKG ujedine: misteriozna sudbina informacija koje padaju u crnu rupu. 2012. četiri istraživača sa Univerziteta u Kaliforniji skrenula su pažnju na kontradikciju u preovlađujućoj teoriji. Tvrdili su da bi, ako bi crna rupa dozvolila informacijama da pobjegnu iz nje, uništila finu strukturu praznog prostora oko horizonta crna rupa, i stvorit će visokoenergetsku barijeru - “firewall”. Ali takva barijera nije kompatibilna sa principom ekvivalencije koji leži u osnovi opšte teorije relativnosti, koji kaže da posmatrač ne može reći da li je prešao horizont. Ova nekompatibilnost uznemirila je teoretičare struna, koji su mislili da razumiju vezu između crnih rupa i informacija, te su bili primorani da ponovo zgrabe svoje bilježnice.

Ali ovaj problem nije važan samo za teoretičare struna. “Cijela ova debata o firewall-u je uglavnom bila u zajednici teoretičara struna, što ja ne razumijem,” rekao je Verlinde. “Pitanja kvantnih informacija, isprepletenosti i konstrukcije matematičkog Hilbertovog prostora ono su na čemu su stručnjaci PCG-a radili.”

U to vrijeme dogodio se događaj neprimijećen od strane većine stručnjaka za strune - pad barijere podignute supersimetrijom i dodatnim dimenzijama. Grupa Thomasa Tiemanna na Univerzitetu Erlangen-Nuremberg (Njemačka) proširila je PKG na više dimenzije i uključila supersimetriju - koncepte koji su ranije bili ekskluzivni domen teorije struna.

Nedavno je Norbert Bodendorfer, bivši Tiemannov student koji radi na Univerzitetu u Varšavi, primijenio metode kvantifikacije petlje iz PCG-a u AdS prostor. On tvrdi da je PKG koristan za rješavanje AdS/CFT dualnosti u slučajevima kada teoretičari struna ne mogu napraviti gravitacijske proračune. Bodendorfer vjeruje da jaz koji je postojao između PKG-a i žica nestaje.

“Ponekad sam stekao utisak da teoretičari struna imaju vrlo malo razumijevanja o PKG-u i da ne žele da pričaju o tome”, rekao je. „Ali mlađi stručnjaci pokazuju otvorenost. Jako ih zanima šta se dešava na raskrsnici regiona.”

„Najveća razlika je u tome kako definišemo svoja pitanja“, kaže Verlinde. “Problem je, nažalost, više sociološki nego naučni.” On ne misli da se ova dva pristupa sukobljavaju: „Uvijek sam mislio da su teorija struna i PKG dio istog opisa. PKG je metoda, a ne teorija. Ovo je metoda razmišljanja o kvantnoj mehanici i geometriji. Ovo je metoda koju teoretičari struna mogu, i već koriste. Ove stvari se međusobno ne isključuju."

Ali nisu svi uvjereni da je Moshe Rozali, teoretičar struna sa Univerziteta Britanske Kolumbije, i dalje skeptičan prema PKG-u: „Razlog zbog kojeg ne radim na PKG-u je zato što ima problema sa SRT-om. “Ako vaš pristup ne poštuje simetrije u specijalnoj relativnosti od samog početka, trebat će vam čudo u jednom od međukoraka.” Međutim, prema Rosalie, neki od matematičkih alata koji dolaze iz PCG-a mogu biti korisni.

„Mislim da nije moguće kombinovati PKG i teoriju struna. Ali ljudima su obično potrebne metode i u tom smislu su slične. Matematičke metode mogu se ukrštati."

Takođe, ne očekuju svi pristalice PCG-a spajanje te dvije teorije.

Carlo Rovelli, fizičar sa Univerziteta u Marseilleu i osnivač PCG teorije vjeruje u dominaciju svoje teorije.

„Zajednica struna nije tako arogantna kao prije deset godina, posebno nakon ozbiljnog razočaranja zbog nedostatka supersimetričnih čestica“, kaže on. – Moguće je da bi te dvije teorije mogle biti dio jednog rješenja... ali mislim da je to malo vjerovatno. Po mom mišljenju, teorija struna nije uspjela ispuniti ono što je obećavala 1980-ih i jedna je od onih ideja koje izgledaju lijepo, ali ne opisuju stvarni svijet, kojim je historija nauke bila prepuna. Ne razumijem kako ljudi još uvijek mogu polagati svoje nade u nju.”

Pulin smatra da je preuranjeno proglašavati pobjedu:

“Pristalice PCG-a kažu da je njihova teorija jedina ispravna. Neću se prijaviti za ovo. Čini mi se da su obje teorije krajnje nepotpune."

Uprkos više od pola veka pokušaja, gravitacija je jedina fundamentalna interakcija za koju još uvek nije izgrađena opšteprihvaćena konzistentna kvantna teorija. Pri niskim energijama, u duhu kvantne teorije polja, gravitaciona interakcija se može predstaviti kao razmjena gravitona - spin-2 gauge bozona.

Međutim, u u poslednje vreme Razvijena su tri obećavajuća pristupa rješavanju problema kvantizacije gravitacije: teorija struna, kvantna gravitacija u petlji i kauzalna dinamička triangulacija.

Teorija struna

U njemu se, umjesto čestica i pozadinskog prostor-vremena, nalaze nizovi i njihovi višedimenzionalni analozi - brane. Za visokodimenzionalne probleme, brane su visokodimenzionalne čestice, ali sa stanovišta čestica koje se kreću unutar ovih brana, one su prostorno-vremenske strukture. Varijanta teorije struna je M-teorija.

Kvantna gravitacija petlje

Pokušava da se formuliše kvantna teorija polja bez pozivanja na prostorno-vremensku pozadinu, prema ovoj teoriji, prostor i vreme se sastoje od diskretnih delova. Ove male kvantne ćelije prostora su međusobno povezane na određeni način, tako da na malim skalama vremena i dužine stvaraju šaroliku, diskretnu strukturu prostora, a na velikim skalama glatko se pretvaraju u kontinuirani glatki prostor-vrijeme. Iako mnogi kosmološki modeli mogu opisati ponašanje svemira tek od Planckovog vremena poslije Big Bang, kvantna gravitacija u petlji može opisati sam proces eksplozije, pa čak i gledati unaprijed. Kvantna gravitacija petlje nam omogućava da opišemo sve čestice standardnog modela bez potrebe za uvođenjem Higsovog bozona da bismo objasnili njihove mase.

• Prevod

Dva kandidata za "teoriju svega", koja se dugo smatrala nespojivima, mogu se pokazati kao dvije strane istog novčića.

Osamdeset godina je prošlo otkako su fizičari shvatili da su teorije kvantne mehanike i gravitacije nespojive, a misterija njihovog kombinovanja ostaje nerazjašnjena. Tokom proteklih decenija, istraživači su proučavali ovaj problem na dva različita načina - kroz teoriju struna i kroz kvantnu gravitaciju - koje naučnici koji ih praktikuju smatraju nekompatibilnim. Ali neki naučnici tvrde da je za napredak neophodno udružiti snage.

Među pokušajima da se ujedine kvantna teorija i gravitacija, teorija struna je dobila najveću pažnju. Njegova premisa je jednostavna: sve je napravljeno od malih konaca. Žice mogu biti zatvorene ili otvorene; mogu vibrirati, rastezati, kombinovati ili se raspadati. I u toj raznolikosti leže objašnjenja za sve vidljive pojave, uključujući materiju i prostor-vrijeme.

Nasuprot tome, kvantna gravitacija petlje (LQG) stavlja manje naglaska na materiju prisutnu u prostor-vremenu i više se fokusira na svojstva samog prostor-vremena. U teoriji PKG, prostor-vrijeme je mreža. Glatka pozadina Ajnštajnove teorije gravitacije zamenjena je čvorovima i vezama kojima su dodeljena kvantna svojstva. Dakle, prostor se sastoji od zasebnih dijelova. PKG uglavnom proučava ove komade.

Ovaj pristup se dugo smatrao nekompatibilnim sa teorijom struna. Zaista, njihove razlike su očigledne i duboke. Za početak, PCG proučava dijelove prostor-vremena, a teorija struna proučava ponašanje objekata u prostor-vremenu. Ove oblasti također dijele tehničke izazove. Teorija struna zahtijeva da u prostoru postoji 10 dimenzija; PKG ne radi u višim dimenzijama. Teorija struna pretpostavlja postojanje supersimetrije, u kojoj sve čestice imaju još neotkrivene partnere. Supersimetrija nije karakteristična za PCG.

Ove i druge razlike podijelile su zajednicu teorijske fizike u dva tabora. "Konferencije su podijeljene", kaže Dorge Pullin, fizičar sa Državnog univerziteta Louisiana i koautor udžbenika o PCG-u. – Igrači petlje idu na konferencije petlje, gudači idu na konferencije sa žicama. Sada ne idu ni na konferencije iz fizike. Mislim da je to prilično nesrećno."

Ali neki faktori mogu približiti ove kampove. Nova teorijska otkrića otkrila su moguće sličnosti između PKG i teorije struna. Nova generacija teoretičara struna prešla je dalje od teorije struna i počela tražiti metode i alate koji bi mogli biti korisni u stvaranju „teorije svega“. A nedavni paradoks gubitka informacija u crnim rupama učinio je da se svi osjećaju skromnije.

Štaviše, u nedostatku eksperimentalnih dokaza za teoriju struna ili PKG, matematički dokaz da su to dvije strane istog novčića pružio bi dokaz da se fizičari kreću u pravom smjeru u svojoj potrazi za “teorijom svega”. Kombinacija PKG i teorije struna učinila bi novu teoriju jedinstvenom.

Neočekivana veza

Pokušaji rješavanja nekih problema PKG-a doveli su do prve neočekivane veze sa teorijom struna. Fizičari koji proučavaju PKG nemaju jasno razumijevanje kako da pređu sa dijelova prostorno-vremenske mreže na opsežni opis prostor-vremena koji odgovara Ajnštajnovoj opštoj relativnosti, našoj najboljoj teoriji gravitacije. Štaviše, njihova teorija ne može prihvatiti poseban slučaj u kojem se gravitacija može zanemariti. Ovo je problem koji pogađa svaki pokušaj korištenja prostora-vremena u komadima: u SRT-u, linearne dimenzije objekta se smanjuju ovisno o kretanju promatrača u odnosu na objekt. Kompresija takođe utiče na veličinu delova prostor-vremena, koje posmatrači koji se kreću različitim brzinama različito percipiraju. Ovo neslaganje dovodi do problema sa centralnim principom Ajnštajnove teorije – da zakoni fizike ne zavise od brzine posmatrača.

„Teško je uvesti diskretne strukture, a da ne naiđete na SRT probleme“, kaže Pulin. U radu iz 2014. napisanom sa kolegom Rudolfom Gambinijem, fizičarem na Universidad Republican de Uruguay u Montevideu, Pullin piše da usklađivanje PKG-a sa SRT-om neizbježno povlači pojavu interakcija sličnih onima prisutnim u teoriji struna.

Pullinu se činilo vjerovatnim da ova dva pristupa imaju nešto zajedničko od suštinskog otkrića kasnih 1990-ih Juana Malzadene, fizičara sa Instituta za napredne studije u Princetonu, New Jersey. Malzadena je u anti-De Sitterovom prostor-vremenu (AdS) pomirio teoriju gravitacije i teoriju konformnog polja (CFT) na granici prostor-vremena. Koristeći AdS/CFT pristup, teorija gravitacije se može opisati koristeći razumljiviju teoriju polja.

Puna verzija dualizma je još uvijek hipoteza, ali ima dobro shvaćen granični slučaj kojim se teorija struna ne bavi. Budući da strune ne igraju ulogu u ovom slučaju, mogu se koristiti u bilo kojoj teoriji kvantne gravitacije. Pulin ovdje vidi zajednički jezik.

PKG kako ga je zamislio umjetnik

Hermann Verlinde, teorijski fizičar sa Univerziteta Princeton koji se često bavi teorijom struna, kaže da je moguće da PKG metode mogu baciti svjetlo na gravitacijsku stranu dualizma. U nedavnom radu opisao je pojednostavljeni AdS/CFT model u dvije dimenzije za prostor i jednu za vrijeme, ili, kako kažu fizičari, u slučaju “2+1”. Otkrio je da se AdS prostor može opisati korištenjem mreža poput onih koje se koriste u PCG-u. Iako cijeli dizajn još uvijek radi u "2+1", nudi novi način gledanja na gravitaciju. Verlinde se nada da će model generalizirati na više dimenzija. “PKG je gledano preusko. Moj pristup uključuje i druga područja. U intelektualnom smislu, ovo je pogled u budućnost”, rekao je on.

Ali čak i ako je moguće kombinirati metode PKG-a i teorije struna kako bi se krenulo naprijed s AdS prostorom, ostaje pitanje: koliko će takva kombinacija biti korisna? AdS prostor ima negativnu kosmološku konstantu (ovaj broj opisuje geometriju Univerzuma na velikim skalama), dok naš Univerzum ima pozitivnu. Ne živimo u matematičkoj konstrukciji koju opisuje AdS prostor.

Verlindeov pristup je pragmatičan. “Na primjer, za pozitivnu kosmološku konstantu, možda će nam trebati nova teorija. Pitanje je koliko će se onda razlikovati od ovoga. AdS je do sada najbolji nagoveštaj strukture koju tražimo, i moramo izvesti neki trik da bismo došli do pozitivne konstante.” On smatra da naučnici ne gube vrijeme s ovom teorijom: “Iako AdS ne opisuje naš svijet, on će nam dati lekcije koje će nas odvesti u pravom smjeru.”

Ujedinjenje na teritoriji crne rupe

Verlinde i Pullin ukazuju na još jednu mogućnost da se zajednica teorije struna i PKG ujedine: misteriozna sudbina informacija koje padaju u crnu rupu. 2012. četiri istraživača sa Univerziteta u Kaliforniji skrenula su pažnju na kontradikciju u preovlađujućoj teoriji. Tvrdili su da bi, ako bi crna rupa dozvolila informacijama da pobjegnu iz nje, uništila finu strukturu praznog prostora oko horizonta crne rupe i stvorila visokoenergetski zaštitni zid. Ali takva barijera nije kompatibilna sa principom ekvivalencije koji leži u osnovi opšte teorije relativnosti, koji kaže da posmatrač ne može reći da li je prešao horizont. Ova nekompatibilnost uznemirila je teoretičare struna, koji su mislili da razumiju vezu između crnih rupa i informacija, te su bili primorani da ponovo zgrabe svoje bilježnice.

Ali ovaj problem nije važan samo za teoretičare struna. “Cijela ova debata o firewall-u je uglavnom bila u zajednici teoretičara struna, što ja ne razumijem,” rekao je Verlinde. “Pitanja kvantnih informacija, isprepletenosti i konstrukcije matematičkog Hilbertovog prostora ono su na čemu su stručnjaci PCG-a radili.”

U to vrijeme dogodio se događaj neprimijećen od strane većine stručnjaka za strune - pad barijere podignute supersimetrijom i dodatnim dimenzijama. Grupa Thomasa Tiemanna na Univerzitetu Erlangen-Nuremberg (Njemačka) proširila je PKG na više dimenzije i uključila supersimetriju - koncepte koji su ranije bili ekskluzivni domen teorije struna.

Nedavno je Norbert Bodendorfer, bivši Tiemannov student koji radi na Univerzitetu u Varšavi, primijenio metode kvantifikacije petlje iz PCG-a u AdS prostor. On tvrdi da je PKG koristan za rješavanje AdS/CFT dualnosti u slučajevima kada teoretičari struna ne mogu napraviti gravitacijske proračune. Bodendorfer vjeruje da jaz koji je postojao između PKG-a i žica nestaje. “Ponekad sam stekao utisak da teoretičari struna imaju vrlo malo razumijevanja o PKG-u i da ne žele da pričaju o tome”, rekao je. „Ali mlađi stručnjaci pokazuju otvorenost. Jako ih zanima šta se dešava na raskrsnici regiona.”

„Najveća razlika je u tome kako definišemo svoja pitanja“, kaže Verlinde. “Problem je, nažalost, više sociološki nego naučni.” On ne misli da se ova dva pristupa sukobljavaju: „Uvijek sam mislio da su teorija struna i PKG dio istog opisa. PKG je metoda, a ne teorija. Ovo je metoda razmišljanja o kvantnoj mehanici i geometriji. Ovo je metoda koju teoretičari struna mogu, i već koriste. Ove stvari se međusobno ne isključuju."

Ali nisu svi uvjereni da je Moshe Rozali, teoretičar struna sa Univerziteta Britanske Kolumbije, i dalje skeptičan prema PKG-u: „Razlog zbog kojeg ne radim na PKG-u je zato što ima problema sa SRT-om. “Ako vaš pristup ne poštuje simetrije u specijalnoj relativnosti od samog početka, trebat će vam čudo u jednom od međukoraka.” Međutim, prema Rosalie, neki od matematičkih alata koji dolaze iz PCG-a mogu biti korisni. „Mislim da nije moguće kombinovati PKG i teoriju struna. Ali ljudima su obično potrebne metode i u tom smislu su slične. Matematičke metode se mogu preklapati.”

Takođe, ne očekuju svi pristalice PCG-a spajanje te dvije teorije. Carlo Rovelli, fizičar sa Univerziteta u Marseilleu i osnivač PCG teorije vjeruje u dominaciju svoje teorije. „Zajednica struna nije tako arogantna kao prije deset godina, posebno nakon razočaranja zbog nedostatka supersimetričnih čestica“, kaže on. – Moguće je da bi te dvije teorije mogle biti dio jednog rješenja... ali mislim da je to malo vjerovatno. Po mom mišljenju, teorija struna nije uspjela ispuniti ono što je obećavala 1980-ih i jedna je od onih ideja koje izgledaju lijepo, ali ne opisuju stvarni svijet, kojim je historija nauke bila prepuna. Ne razumijem kako ljudi još uvijek mogu polagati svoje nade u nju.”

Pulin smatra da je preuranjeno proglašavati pobjedu: „Pristalice PCG-a kažu da je njihova teorija jedina ispravna. Neću se prijaviti za ovo. Čini mi se da su obje teorije krajnje nepotpune."

Oznake: Dodaj oznake

Nekoliko stvari me je potaknulo da napišem bilješku o kvantnoj gravitaciji petlje. I jedna od njih je na ovu temu, iz koje osoba "nije u temi" teško da će uopšte shvatiti o čemu se radi mi pričamo. Ovo je jednostavno briljantno i potpuno beskorisno za Wikipediju:

U radu iz 2005., Sundance Bilson-Thompson je predložila model (očigledno zasnovan na više opšta teorija pletenice (matematičke pletenice) M. Khovanova), u kojima su Harari rišoni pretvoreni u proširene objekte nalik vrpci zvane vrpce. Ovo bi potencijalno moglo objasniti razloge za samoorganizaciju podkomponenti elementarne čestice, što je dovelo do pojave naboja u boji, dok su u prethodnom preon (Rishon) modelu osnovni elementi bile točkaste čestice, a naboj boje je postuliran. Bilson-Thompson svoje proširene trake naziva "geloni", a svoj model gelonom. Ovaj model dovodi do interpretacije električnog naboja kao topološkog entiteta koji nastaje kada se vrpce uvijaju.

Nema sranja normalnoj osobi Nije jasno, ali evo u čemu je stvar.

Prvu poznatu teoriju gravitacije stvorio je Aristotel. Vjerovao je da tijela padaju različitim brzinama, direktno proporcionalnim masi i obrnuto proporcionalnim gustoći medija. Ovo je gotovo tačno u prisustvu trenja. Međutim, u to vrijeme teorija još uvijek nije imala mnogo praktičnog značenja.

Naučnu teoriju gravitacije kreirao je Njutn, svi su je učili u školi, pa neću da vas podsećam. Newton je opisao zakon prema kojem se tijela privlače. Ali do 20. vijeka, fizičari su prešli sa izvođenja zakona na traženje uzroka. Pitanje koje je postalo važno nije „kako“, već „zašto“. I niko drugi do Ajnštajn je predložio teoriju gravitacije zasnovanu na Rimanovoj geometriji: gravitacija je određena zakrivljenošću četvorodimenzionalnog prostor-vremena. Pokazalo se da je fizika modelirana prilično apstraktnom geometrijom. Teorija je elegantna i potvrđena eksperimentalno.

Međutim, fizičari se tu nisu zaustavili. Činjenica je da je 20-30-ih godina razvijena kvantna mehanika, koja se vrlo brzo razvila u kvantnu teoriju polja. Poenta je da fizičke veličine više nisu kontinuirane, već poprimaju postepene, diskretne vrijednosti. Na primjer, energija. U kvantnoj teoriji polja, kvanti, neki nedjeljivi "komadići", postali su "nosioci" fundamentalnih interakcija. Najjednostavnija stvar su fotoni u elektrodinamici (ili fotoni svjetlosti, na primjer). Ili gluoni - u jakoj interakciji kvarkova. Ali suština je slična. Štaviše, teorije su izgrađene na način da je na mikro nivou bilo moguće „raditi“ na kvantnom nivou, ali uz kontinuirani prelazak na makro nivo dobijaju se sva tipična svojstva polja. U fizici su poznata 4 tipa fundamentalnih polja (interakcija), a tri od njih su kvantizovana. Ali ne i gravitacija. Štaviše, ispostavilo se da su problemi kvantizacije gravitacionog polja toliko fundamentalni da su fizičari počeli da traže druge načine da „povežu“ zajedno sva fundamentalna polja (zašto? da objasne kako svet funkcioniše), teorije struna i druge teorije Sve se pojavilo, zasnovano na egzotičnim prostorima i simetrijama.

Sve ove teorije imale su jedno svojstvo koje su matematičari jako voljeli - geometriju prostora smatrali su kontinuiranom i glatkom. Zapravo, tako je to u Rimanovoj geometriji, koju je koristio Ajnštajn. Sredinom 80-ih, Lee Smolin i njegove kolege su rizikovali da napuste glatkoću i kontinuitet, i po prvi put su uspeli da izgrade konzistentan kvantni model gravitacije, pod uslovom da je i prostor kvantizovan! Odnosno, sastoji se od "ćelija" Planckove dužine (deset minus 33 cm), povezanih na bizaran način. Radi lakšeg predstavljanja, umjesto ćelija, počeli su razmatrati čvorove, a njihove veze formiraju ono što su počeli zvati spin mreža. Ovo vam omogućava da odredite bilo koju, bez obzira koliko zakrivljenu, geometriju. Neočekivano, naizgled apstraktna matematička disciplina - topologija - odjednom je ovdje postala tražena, jer upravo ona proučava ovakve objekte.

Ali spin mreža je samo trenutni “snimak” stanja. U stvarnosti se u svakom trenutku u svijetu nešto dešava, a to se izražava u transformaciji mreže. Mrežno plus vrijeme se poziva spin pena, jer mreža konstantno "kipi" tokom vremena, doživljavajući beskrajne transformacije. I vrijeme je “ispalo” diskretno, s razmakom između “tikova” od deset minus 43 cm.

Kao i svaka dobra teorija (a ovo se, inače, razlikuje od teorije struna), kvantna teorija gravitacije dozvoljava eksperimente koji je mogu potvrditi ili opovrgnuti. Trenutno moderna oprema ne dozvoljava izvođenje takvih eksperimenata - efekti koje daje "zrno" prostora su premali - ali tehnologija i mašta naučnika ne miruju. U svakom slučaju, takvi eksperimenti ne izgledaju nemoguće.

Nedavno je takođe dokazano da kvantna gravitacija petlje „u granici“ vodi do Ajnštajnovog modela (međutim, inače ne bi imalo smisla). Zanimljivo je da, za razliku od Ajnštajnove teorije, u „našoj“ teoriji Univerzum postoji pre Velikog praska.

Sada je vrijeme da se vratimo na ono o čemu piše Wikipedia. Zapravo, o bitnim stvarima. Činjenica da nam teorija kvantne gravitacije petlje omogućava da zaključimo