Θεωρία χορδών vs κβαντική θεωρία βρόχου της βαρύτητας. Κβαντική βαρύτητα βρόχου - Σημειώσεις στα περιθώρια - LiveJournal. Απόσπασμα που χαρακτηρίζει το Loop Quantum Gravity

Σπίτι

Ορισμός 1

Η κβαντική θεωρία βρόχου αντιπροσωπεύει τη γνώση της βαρύτητας βρόχου των κβαντικών. Οι ιδρυτές του ήταν επιστήμονες όπως οι T. Jacobson, C. Rovelli, A. Ashtekar και L. Smolin.

Η ουσία της κβαντικής θεωρίας βρόχου

Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ο χρόνος και ο χώρος αποτελούνται από διακριτά κβαντικά κύτταρα συνδεδεμένα με συγκεκριμένο τρόπο μεταξύ τους. Αυτό τους επιτρέπει να δημιουργήσουν μια διακριτή δομή σε μικρές χρονικές κλίμακες και σε μεγάλες χρονικές κλίμακες ο χώρος του χρόνου γίνεται συνεχής.

Έτσι, ο χώρος αποτελείται από πολύ μικρά κελιά, ομαλά συνδεδεμένα μεταξύ τους, σχηματίζοντας τον περιβάλλοντα χώρο για εμάς. Τις στιγμές που αυτές οι δέσμες σχηματίζουν κόμπους και μπερδέματα, σχηματίζονται στοιχειώδη σωματίδια.

Χάρη στην κβαντική βαρύτητα βρόχου, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανακαλύψουν το γεγονός ότι η αρχική ιδιομορφία εξαφανίζεται υπό την επίδραση των κβαντικών επιδράσεων. Έτσι, η Μεγάλη Έκρηξη παύει να είναι ένα πέπλο μυστηρίου πίσω από το οποίο δεν μπορεί κανείς να κοιτάξει. Η επιστήμη τώρα μας επιτρέπει να δούμε τα γεγονότα που έλαβαν χώρα στο Σύμπαν πριν από αυτόν.

Τα κύρια αντικείμενα στην κβαντική θεωρία βρόχου είναι ειδικά κελιά του χώρου, των οποίων η κατάσταση και η συμπεριφορά ελέγχονται από ένα συγκεκριμένο πεδίο που υπάρχει σε αυτά. Η τιμή του γίνεται ο λεγόμενος «εσωτερικός χρόνος» για τέτοια κύτταρα. Με άλλα λόγια, η μετάβαση από ένα αδύναμο πεδίο σε ένα ισχυρότερο προϋποθέτει την ύπαρξη ενός «παρελθόντος» ικανού να επηρεάσει ένα ορισμένο «μέλλον».

Κατά συνέπεια, η θεωρία εξισώνει τον χώρο με τα άτομα: οι αριθμοί που λαμβάνονται κατά τον προσδιορισμό του όγκου σχηματίζουν ένα διακριτό σύνολο, το οποίο επιτρέπει στον όγκο να αλλάζει σε ξεχωριστά τμήματα. Αυτό, με τη σειρά του, στερεί από το χώρο τη συνέχεια και επιτρέπει την ιδέα της ύπαρξής του με τη μορφή ορισμένων κβαντικών μονάδων όγκου και επιφάνειας.

Ειδικότητες κβαντικής θεωρίας βρόχου

Στην περίπτωση της περιγραφής των κβαντομηχανικών φαινομένων, οι φυσικοί υπολογίζουν την πιθανότητα διάφορων διεργασιών που συμβαίνουν υπό ορισμένες συνθήκες. Το ίδιο συμβαίνει όταν χρησιμοποιείται η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχου για να περιγράψει τις αλλαγές στη γεωμετρία του χώρου ή την κίνηση των πεδίων και των σωματιδίων σε ένα δίκτυο περιστροφής.

Ο επιστήμονας Thomas Tiemann ήταν σε θέση να εξαγάγει ακριβείς εκφράσεις για τον προσδιορισμό της κβαντικής πιθανότητας των βημάτων του δικτύου περιστροφής. Το τελικό αποτέλεσμα τέτοιων υπολογισμών ήταν η εμφάνιση μιας ξεκάθαρης μεθοδολογίας για τον υπολογισμό της πιθανότητας οποιασδήποτε διαδικασίας η προέλευση της οποίας είναι πιθανή σε αυτόν τον κόσμο στο πλαίσιο της υποταγής στους νόμους της παραπάνω θεωρίας.

Η θεωρία της σχετικότητας προϋποθέτει το αδιαχώριστο του χρόνου και του χώρου μεταξύ τους και την ύπαρξή τους με τη μορφή ενός ενιαίου χρονικού χώρου. Εισάγοντας την έννοια του χρονικού χώρου στην κβαντική θεωρία βρόχου, τα δίκτυα σπιν που αντιπροσωπεύουν το χώρο γίνονται αυτό που ονομάζεται «αφρός περιστροφής».

Όταν περιλαμβάνεται ένας ακόμη δείκτης μέτρησης - χρόνος - οι γραμμές του δικτύου περιστροφής επεκτείνονται και μετατρέπονται σε δισδιάστατες επιφάνειες, ενώ οι κόμβοι στη γραμμή διαλύονται. Οι μεταβάσεις που προκαλούν αλλαγές στο δίκτυο περιστροφής παρουσιάζονται τώρα με τη μορφή ειδικών κόμβων, εντός των οποίων συνδυάζονται οι γραμμές αφρού. Ένα στιγμιότυπο μιας συνεχιζόμενης διαδικασίας είναι οπτικά παρόμοιο με μια εικόνα μιας διατομής του χρονικού χώρου.

Ένα παρόμοιο κομμάτι αφρού περιστροφής είναι ένα δίκτυο περιστροφής, αλλά δεν πρέπει να κάνουμε λάθος για τις κινήσεις του επιπέδου τομής σε συνεχή λειτουργία, παρόμοια με την ομαλή ροή του χρόνου. Παρόμοια με τη διαδικασία ορισμού του χώρου ως διακριτής γεωμετρίας ενός δικτύου περιστροφής, ο χρόνος θα οριστεί ως μια ακολουθία μεμονωμένων βημάτων που αναδιατάσσονται από το δίκτυο.

Έτσι, μπορούν να εξαχθούν ορισμένα συμπεράσματα:

1. Σχετικά με τη διακριτικότητα του χρόνου, δηλαδή, δεν ρέει σαν ποτάμι, αλλά θυμίζει περισσότερο ρολόι που χτυπάει, το διάστημα μεταξύ των κροτώνων του οποίου είναι περίπου ίσο με την ώρα του Planck. Με άλλα λόγια, ο χρόνος στο Σύμπαν μετριέται με μυριάδες ρολόγια: στην περιοχή όπου πραγματοποιείται ένα κβαντικό βήμα στον αφρό περιστροφής, το ρολόι παράγει ένα «τικ».
2. Η κβαντική βαρύτητα βρόχου συμβάλλει σε χαρακτηριστικές προβλέψεις νέων γεγονότων και φαινομένων. Στην πραγματικότητα, θεωρείται ότι είναι απολύτως συμβατό με το αξίωμα τόσο του τρισδιάστατου κόσμου όσο και της μιας χρονικής διάστασης.
3. Αν και είναι συμβατό με ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών εκδοχών της ύλης που περιέχεται στον κόσμο, δεν απαιτεί συμμετρίες, διαστάσεις ή βαθμούς ελευθερίας εκτός από αυτούς που εξερευνούν οι επιστήμονες.

Ταυτόχρονα, υπάρχουν εκδόσεις της κβαντικής βαρύτητας βρόχου που περιλαμβάνουν υπερσυμμετρία και επεκτείνουν πολλά από τα αποτελέσματα σε υψηλότερες διαστάσεις. Για το λόγο αυτό, όταν υπάρχουν ενδείξεις για την παρουσία υπερσυμμετρίας ή υψηλότερων διαστάσεων, δεν προκύπτουν προβλήματα για την κβαντική θεωρία βρόχου. Αντίθετα, οι υποθέσεις βαρύτητας του κβαντικού βρόχου θα εφαρμοστούν στη δομή του χώρου σε πολύ μικρές αποστάσεις.

Έτσι, η κβαντική βαρύτητα βρόχου προϋποθέτει την παρουσία στην πραγματικότητα μιας ομαλής εικόνας του χρονικού χώρου της κλασικής γενικής σχετικότητας μόνο ως αποτέλεσμα του μέσου όρου μιας διακριτής δομής, εντός της οποίας περιοχές και επιφάνειες μπορούν να έχουν αποκλειστικά ορισμένες διακριτές κβαντισμένες τιμές όγκων και περιοχές.

Σημείωση 2

Η κβαντική βαρύτητα βρόχου καθιστά δυνατή τη λήψη συγκεκριμένων υποθέσεων για τη διακριτή γεωμετρία των κβαντών (μιλάμε για μικρές αποστάσεις). Επιπλέον, τέτοιες παραδοχές αρχίζουν να διαμορφώνονται με βάση τις πρώτες αρχές και ως εκ τούτου αποκλείουν στοιχεία προσαρμογής.

Με αυτή την έννοια, οι προσεγγίσεις στην κβαντική βαρύτητα βρόχου έχουν ορισμένες διαφορές σε σύγκριση με άλλες προσεγγίσεις που υποθέτουν κάποια μορφή διακριτής δομής στη μορφή της αρχικής θέσης και χωρίς να την εξάγουν ως συνέπεια του συνδυασμού της γενικής σχετικότητας με την κβαντική θεωρία.

Διαφορές μεταξύ της θεωρίας χορδών και της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας βρόχου

Οι επιστήμονες σημειώνουν τις θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ της κβαντικής θεωρίας βρόχου και άλλων θεωριών. Ειδικότερα, η θεωρία υπερχορδών. Στο τελευταίο, τα κύρια αντικείμενα είναι πολυδιάστατες μεμβράνες και χορδές που κινούνται στο χρόνο και τον χώρο που αρχικά προετοιμάστηκαν γι' αυτές. Ταυτόχρονα, αυτή η θεωρία δεν μας επιτρέπει να ονομάσουμε τους παράγοντες ανάδυσης αυτού του πολυδιάστατου χώρου.

Οι παραπάνω θεωρίες βασίζονται σε μονοδιάστατα εκτεταμένα αντικείμενα που αντιστοιχούν στη δυαδικότητα τους στη ροή των γραμμών του κβαντισμένου πεδίου του μετρητή. Οι διαφορές τους παρατηρούνται σε τρεις σχέσεις:

1. Οι συμβολοσειρές θεωρούνται με την ιδιότητα να κινούνται σε κλασική μορφή, η οποία χαρακτηρίζεται από μια σταθερή επιλογή μετρήσεων και άλλων κλασικών πεδίων. Η ύπαρξη βρόχων επιτρέπεται να εξεταστεί σε ένα πιο θεμελιώδες επίπεδο, όπου άλλα πεδία και η κλασική μετρική απουσιάζουν.
2. Το πεδίο μετρητή στην περίπτωση βρόχων θεωρείται με τη μορφή του πεδίου μετρητή όλων των μετασχηματισμών Lorentz ή μόνο ορισμένων από αυτούς. Με ανοιχτές συμβολοσειρές, ένα τέτοιο πεδίο θα αντιστοιχεί στο πεδίο Yang-Mills.
3. Η κβαντική βαρύτητα βρόχου επιτρέπει την κβαντοποίηση χωρίς αντίστοιχες υποθέσεις. Στην πραγματικότητα, δεδομένου ότι η σφαιρική αναλλοίωση του Lorentz δεν είναι συμμετρία της κλασικής γενικής σχετικότητας, δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη σε περιπτώσεις οποιασδήποτε ακριβούς κβαντοποίησης αυτής της θεωρίας.

Έχουν περάσει ογδόντα χρόνια από τότε που οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι οι θεωρίες της κβαντικής μηχανικής και της βαρύτητας είναι ασύμβατες και το μυστήριο του συνδυασμού τους παραμένει άλυτο. Τις τελευταίες δεκαετίες, οι ερευνητές μελέτησαν αυτό το πρόβλημα με δύο διαφορετικούς τρόπους - μέσω και μέσω της κβαντικής βαρύτητας - τους οποίους οι επιστήμονες που τους ασκούν θεωρούν ασύμβατους. Αλλά ορισμένοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι για να προχωρήσουμε είναι απαραίτητο να ενώσουμε τις δυνάμεις μας.

Δύο υποψήφιοι για μια «θεωρία των πάντων», που θεωρείται από καιρό ασυμβίβαστη, μπορεί να αποδειχθούν οι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος.

Μεταξύ των προσπαθειών για την ενοποίηση της κβαντικής θεωρίας και της βαρύτητας, αυτή που έχει τραβήξει τη μεγαλύτερη προσοχή είναι η . Η υπόθεση του είναι απλή: όλα είναι φτιαγμένα από μικρές χορδές. Οι χορδές μπορεί να είναι κλειστές ή ανοιχτές. μπορούν να δονούνται, να τεντώνονται, να συνδυάζονται ή να αποσυντίθενται. Και σε αυτή την ποικιλομορφία βρίσκονται εξηγήσεις για όλα τα παρατηρήσιμα φαινόμενα, συμπεριλαμβανομένης της ύλης και του χωροχρόνου.

Η κβαντική βαρύτητα βρόχου (LQG), αντίθετα, δίνει μικρότερη από την αξίαη ύλη υπάρχει στον χωροχρόνο και εστιάζει περισσότερο στις ιδιότητες του ίδιου του χωροχρόνου. Στη θεωρία PKG, ο χωροχρόνος είναι ένα δίκτυο. Το ομαλό υπόβαθρο της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν αντικαθίσταται από κόμβους και συνδέσμους στους οποίους εκχωρούνται κβαντικές ιδιότητες. Έτσι, ο χώρος αποτελείται από ξεχωριστά κομμάτια. Το PKG μελετά κυρίως αυτά τα κομμάτια.

Αυτή η προσέγγιση για πολύ καιρόθεωρήθηκε ασύμβατο με τη θεωρία χορδών. Πράγματι, οι διαφορές τους είναι προφανείς και βαθιές. Για αρχή, το PCG μελετά κομμάτια του χωροχρόνου και η θεωρία χορδών μελετά τη συμπεριφορά των αντικειμένων στο χωροχρόνο. Αυτές οι περιοχές μοιράζονται επίσης τεχνικές προκλήσεις. Η θεωρία χορδών απαιτεί να υπάρχουν 10 διαστάσεις στο διάστημα. Το PKG δεν λειτουργεί σε μεγαλύτερες διαστάσεις. Η θεωρία χορδών προϋποθέτει την ύπαρξη υπερσυμμετρίας, στην οποία όλα τα σωματίδια έχουν ακόμη άγνωστους συνεργάτες. Η υπερσυμμετρία δεν είναι χαρακτηριστικό του PCG.

Αυτές και άλλες διαφορές έχουν χωρίσει την κοινότητα της θεωρητικής φυσικής σε δύο στρατόπεδα.

«Τα συνέδρια είναι χωρισμένα», λέει ο Dorge Pullin, φυσικός στο State University της Λουιζιάνα και συν-συγγραφέας ενός εγχειριδίου για το PCG. – Οι παίκτες βρόχου πηγαίνουν σε συνέδρια βρόχου, οι παίκτες χορδών πηγαίνουν σε συνέδρια χορδών. Τώρα δεν πηγαίνουν καν σε συνέδρια για τη «φυσική». Νομίζω ότι είναι πολύ ατυχές».

Αλλά ορισμένοι παράγοντες μπορεί να φέρουν αυτά τα στρατόπεδα πιο κοντά. Νέες θεωρητικές ανακαλύψεις έχουν αποκαλύψει πιθανές ομοιότητες μεταξύ της PKG και της θεωρίας χορδών. Μια νέα γενιά θεωρητικών χορδών έχει προχωρήσει πέρα ​​από τη θεωρία χορδών και άρχισε να ψάχνει για μεθόδους και εργαλεία που θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για τη δημιουργία μιας «θεωρίας των πάντων». Και το πρόσφατο παράδοξο της απώλειας πληροφοριών στις μαύρες τρύπες έκανε όλους να αισθάνονται πιο ταπεινοί.

Επιπλέον, ελλείψει πειραματικής επιβεβαίωσης της θεωρίας χορδών ή της PKG, η μαθηματική απόδειξη ότι είναι οι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος θα υποστήριζε ότι οι φυσικοί κινούνται προς μια «θεωρία των πάντων» αναζητώντας μια «θεωρία των πάντων». προς τη σωστή κατεύθυνση. Ο συνδυασμός PKG και θεωρίας χορδών θα έκανε τη νέα θεωρία μοναδική.

Μια απροσδόκητη σύνδεση

Οι προσπάθειες επίλυσης ορισμένων προβλημάτων του PKG οδήγησαν στην πρώτη απροσδόκητη σύνδεση με τη θεωρία χορδών. Οι φυσικοί που μελετούν το PKG δεν έχουν ξεκάθαρη κατανόηση του τρόπου μετάβασης από κομμάτια του χωροχρονικού δικτύου σε μια μεγάλης κλίμακας περιγραφή του χωροχρόνου που συμπίπτει με τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν, την καλύτερη θεωρία της βαρύτητας. Επιπλέον, η θεωρία τους δεν μπορεί να χωρέσει την ειδική περίπτωση στην οποία η βαρύτητα μπορεί να παραμεληθεί. Αυτό είναι το πρόβλημα που πλήττει κάθε προσπάθεια αποσπασματικής χρήσης του χωροχρόνου: στο SRT γραμμικές διαστάσειςενός αντικειμένου μειώνεται ανάλογα με την κίνηση του παρατηρητή σε σχέση με το αντικείμενο. Η συμπίεση επηρεάζει επίσης το μέγεθος των κομματιών του χωροχρόνου, τα οποία γίνονται αντιληπτά διαφορετικά από τους παρατηρητές που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες. Αυτή η ασυμφωνία οδηγεί σε προβλήματα με την κεντρική αρχή της θεωρίας του Αϊνστάιν - ότι οι νόμοι της φυσικής δεν εξαρτώνται από την ταχύτητα του παρατηρητή.

«Είναι δύσκολο να εισαγάγεις διακριτές δομές χωρίς να αντιμετωπίζεις προβλήματα SRT», λέει ο Pullin.

Σε μια εργασία του 2014 που γράφτηκε με τον συνάδελφο Rudolfo Gambini, έναν φυσικό στο Universidad Republican de Uruguay στο Μοντεβιδέο, ο Pullin γράφει ότι η ευθυγράμμιση της PKG με το SRT συνεπάγεται αναπόφευκτα την εμφάνιση αλληλεπιδράσεων παρόμοιων με αυτές που υπάρχουν στη θεωρία χορδών.

Το ότι οι δύο προσεγγίσεις είχαν κάτι κοινό φαινόταν πιθανό στον Pullin μετά από μια σημαντική ανακάλυψη στα τέλη της δεκαετίας του 1990 από τον Juan Malzadena, έναν φυσικό στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ. Ο Malzadena, στον αντι-De Sitter χωροχρόνο (AdS), συμφιλίωσε τη θεωρία της βαρύτητας και τη θεωρία του σύμμορφου πεδίου (CFT) στο όριο του χωροχρόνου. Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση AdS/CFT, η θεωρία της βαρύτητας μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας μια πιο κατανοητή θεωρία πεδίου.

Η πλήρης εκδοχή του δυϊσμού εξακολουθεί να είναι μια υπόθεση, αλλά έχει μια καλά κατανοητή περιοριστική περίπτωση με την οποία δεν ασχολείται η θεωρία χορδών. Επειδή οι χορδές δεν παίζουν ρόλο σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιαδήποτε θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Ο Pullin βλέπει ένα κοινό έδαφος εδώ.

Το PKG όπως το φαντάστηκε ένας καλλιτέχνης

Ο Hermann Verlinde, ένας θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον που εργάζεται συχνά με τη θεωρία χορδών, λέει ότι είναι εύλογο ότι οι μέθοδοι PKG θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη βαρυτική πλευρά του δυϊσμού. Σε πρόσφατο άρθρο του περιέγραψε απλοποιημένο μοντέλο AdS/CFT σε δύο διαστάσεις για το χώρο και μία για το χρόνο ή, όπως λένε οι φυσικοί, στην περίπτωση του «2+1». Ανακάλυψε ότι ο χώρος του AdS μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας δίκτυα όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο PCG. Παρά το γεγονός ότι όλος ο σχεδιασμός εξακολουθεί να λειτουργεί σε «2+1», προσφέρει νέα εμφάνισηστη βαρύτητα. Ο Verlinde ελπίζει να γενικεύσει το μοντέλο σε περισσότερομετρήσεις. «Το PKG κοιτάχτηκε πολύ στενά. Η προσέγγισή μου περιλαμβάνει και άλλους τομείς. Από πνευματική άποψη, αυτή είναι μια ματιά στο μέλλον», είπε.

Αλλά ακόμα κι αν είναι δυνατό να συνδυαστούν οι μέθοδοι του PKG και της θεωρίας χορδών για να προχωρήσουμε με το χώρο AdS, το ερώτημα παραμένει: πόσο χρήσιμος θα είναι ένας τέτοιος συνδυασμός; Ο χώρος AdS έχει αρνητική κοσμολογική σταθερά (ο αριθμός αυτός περιγράφει τη γεωμετρία του Σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες), ενώ το δικό μας Σύμπαν έχει μια θετική. Δεν ζούμε σε μια μαθηματική κατασκευή που περιγράφεται από τον χώρο του AdS.

Η προσέγγιση του Verlinde είναι ρεαλιστική. «Για παράδειγμα, για μια θετική κοσμολογική σταθερά, μπορεί να χρειαζόμαστε μια νέα θεωρία. Το ερώτημα λοιπόν είναι πόσο διαφορετικό θα είναι από αυτό. Το AdS είναι η καλύτερη υπόδειξη της δομής που αναζητούμε και πρέπει να κάνουμε κάποιο κόλπο για να καταλήξουμε σε μια θετική σταθερά." Πιστεύει ότι οι επιστήμονες δεν χάνουν τον χρόνο τους με αυτή τη θεωρία: «Αν και το AdS δεν περιγράφει τον κόσμο μας, θα μας δώσει μαθήματα που θα μας οδηγήσουν στη σωστή κατεύθυνση».

Ενοποίηση στο έδαφος μιας μαύρης τρύπας

Ο Verlinde και ο Pullin επισημαίνουν μια άλλη πιθανότητα να ενωθούν η θεωρία των χορδών και οι κοινότητες PKG: τη μυστηριώδη μοίρα των πληροφοριών που πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα. Το 2012, τέσσερις ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια επέστησαν την προσοχή σε μια αντίφαση στην επικρατούσα θεωρία. Υποστήριξαν ότι εάν μια μαύρη τρύπα επέτρεπε σε πληροφορίες να διαφύγουν από αυτήν, θα κατέστρεφε τη λεπτή δομή του κενού χώρου γύρω από τον ορίζοντα μαύρη τρύπα, και θα δημιουργήσει ένα φράγμα υψηλής ενέργειας - ένα «τείχος προστασίας». Αλλά ένα τέτοιο εμπόδιο είναι ασυμβίβαστο με την αρχή της ισοδυναμίας που διέπει τη γενική σχετικότητα, η οποία δηλώνει ότι ένας παρατηρητής δεν μπορεί να πει αν έχει διασχίσει τον ορίζοντα. Αυτή η ασυμβατότητα έχει αναστατώσει τους θεωρητικούς χορδών, οι οποίοι νόμιζαν ότι κατανοούσαν τη σύνδεση μεταξύ μαύρων τρυπών και πληροφοριών και αναγκάστηκαν να αρπάξουν ξανά τα σημειωματάριά τους.

Αλλά αυτό το πρόβλημα είναι σημαντικό όχι μόνο για τους θεωρητικούς χορδών. «Όλη αυτή η συζήτηση για το τείχος προστασίας ήταν κυρίως στην κοινότητα των θεωρητικών χορδών, κάτι που δεν καταλαβαίνω», είπε ο Verlinde. «Ζητήματα κβαντικών πληροφοριών, εμπλοκής και κατασκευής του μαθηματικού χώρου Hilbert είναι αυτά πάνω στα οποία εργάζονται οι ειδικοί του PCG».

Αυτή τη στιγμή, ένα γεγονός συνέβη απαρατήρητο από τους περισσότερους ειδικούς χορδών - η πτώση του φράγματος που δημιουργήθηκε από υπερσυμμετρία και πρόσθετες διαστάσεις. Η ομάδα του Thomas Tiemann στο Πανεπιστήμιο του Erlangen-Nuremberg (Γερμανία) έχει επεκτείνει το PKG σε υψηλότερες διαστάσεις και συμπεριέλαβε την υπερσυμμετρία - έννοιες που προηγουμένως ήταν αποκλειστικό πεδίο της θεωρίας χορδών.

Πρόσφατα, ο Norbert Bodendorfer, πρώην μαθητής του Tiemann που εργάζεται στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας, εφάρμοσε μεθόδους ποσοτικοποίησης βρόχου από το PCG στο χώρο του AdS. Υποστηρίζει ότι το PKG είναι χρήσιμο για την αντιμετώπιση της δυαδικότητας AdS/CFT σε περιπτώσεις όπου οι θεωρητικοί χορδών δεν μπορούν να κάνουν βαρυτικούς υπολογισμούς. Ο Bodendorfer πιστεύει ότι το χάσμα που υπήρχε μεταξύ του PKG και των χορδών εξαφανίζεται.

«Μερικές φορές είχα την εντύπωση ότι οι θεωρητικοί των χορδών έχουν πολύ λίγη κατανόηση του PKG και δεν θέλουν να μιλήσουν για αυτό», είπε. «Αλλά οι νεότεροι ειδικοί επιδεικνύουν ανοιχτό μυαλό. Τους ενδιαφέρει πολύ αυτό που συμβαίνει στη διασταύρωση των περιοχών».

«Η μεγαλύτερη διαφορά είναι πώς ορίζουμε τις ερωτήσεις μας», λέει ο Verlinde. «Το πρόβλημα είναι περισσότερο κοινωνιολογικό παρά επιστημονικό, δυστυχώς». Δεν πιστεύει ότι οι δύο προσεγγίσεις συγκρούονται: «Πάντα πίστευα ότι η θεωρία χορδών και το PKG αποτελούν μέρος της ίδιας περιγραφής. Το PKG είναι μέθοδος, όχι θεωρία. Αυτή είναι μια μέθοδος σκέψης για την κβαντική μηχανική και τη γεωμετρία. Αυτή είναι μια μέθοδος που οι θεωρητικοί χορδών μπορούν, και κάνουν ήδη, να χρησιμοποιούν. Αυτά τα πράγματα δεν αλληλοαποκλείονται».

Αλλά δεν είναι όλοι πεπεισμένοι, ο Moshe Rozali, θεωρητικός χορδών στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας, παραμένει σκεπτικιστής για το PKG: «Ο λόγος που δεν εργάζομαι στο PKG είναι επειδή έχει προβλήματα με το SRT. «Αν η προσέγγισή σας δεν σέβεται τις συμμετρίες στην ειδική σχετικότητα από την αρχή, θα χρειαστείτε ένα θαύμα σε ένα από τα ενδιάμεσα βήματα». Ωστόσο, σύμφωνα με τη Rosalie, μερικά από τα μαθηματικά εργαλεία που προέρχονται από το PCG μπορούν να είναι χρήσιμα.

«Δεν νομίζω ότι είναι δυνατός ο συνδυασμός PKG και θεωρίας χορδών. Αλλά οι άνθρωποι χρειάζονται συνήθως μεθόδους, και από αυτή την άποψη είναι παρόμοιες. Μαθηματικές μέθοδοιμπορεί να διασταυρωθούν».

Επίσης, δεν περιμένουν όλοι οι οπαδοί του PCG συγχώνευση των δύο θεωριών.

Ο Carlo Rovelli, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Μασσαλίας και ιδρυτής της θεωρίας PCG πιστεύει στην κυριαρχία της θεωρίας του.

«Η κοινότητα των χορδών δεν είναι τόσο αλαζονική όσο πριν από δέκα χρόνια, ειδικά μετά τη σοβαρή απογοήτευση της έλλειψης υπερσυμμετρικών σωματιδίων», λέει. – Είναι πιθανό οι δύο θεωρίες να αποτελούν μέρος μιας λύσης... αλλά νομίζω ότι είναι απίθανο. Κατά τη γνώμη μου, η θεωρία χορδών απέτυχε να πραγματοποιήσει αυτό που υποσχέθηκε στη δεκαετία του 1980 και είναι μια από εκείνες τις ιδέες που φαίνονται ωραίες αλλά δεν περιγράφουν τον πραγματικό κόσμο, του οποίου η ιστορία της επιστήμης είναι γεμάτη. Δεν καταλαβαίνω πώς οι άνθρωποι μπορούν ακόμα να εναποθέτουν τις ελπίδες τους σε αυτήν».

Ο Pullin πιστεύει ότι είναι πρόωρο να κηρύξουμε τη νίκη:

«Οι υποστηρικτές του PCG λένε ότι η θεωρία τους είναι η μόνη σωστή. Δεν θα εγγραφώ για αυτό. Μου φαίνεται ότι και οι δύο θεωρίες είναι εξαιρετικά ελλιπείς».

Παρά περισσότερο από μισό αιώνα προσπαθειών, η βαρύτητα είναι η μόνη θεμελιώδης αλληλεπίδραση για την οποία δεν έχει ακόμη κατασκευαστεί μια γενικά αποδεκτή συνεπής κβαντική θεωρία. Σε χαμηλές ενέργειες, στο πνεύμα της κβαντικής θεωρίας πεδίου, η βαρυτική αλληλεπίδραση μπορεί να αναπαρασταθεί ως ανταλλαγή γκραβιτονίων - μποζόνια μετρητή spin-2.

Ωστόσο, σε πρόσφαταΈχουν αναπτυχθεί τρεις πολλά υποσχόμενες προσεγγίσεις για την επίλυση του προβλήματος της κβαντοποίησης της βαρύτητας: η θεωρία χορδών, η κβαντική βαρύτητα βρόχου και η αιτιακή δυναμική τριγωνοποίηση.

Θεωρία χορδών

Σε αυτό, αντί για σωματίδια και φόντο χωροχρόνου, υπάρχουν χορδές και τα πολυδιάστατα ανάλογα τους - βράνες. Για προβλήματα υψηλών διαστάσεων, οι βράνες είναι σωματίδια υψηλών διαστάσεων, αλλά από την άποψη των σωματιδίων που κινούνται μέσα σε αυτές τις βράνες, είναι χωροχρονικές δομές. Μια παραλλαγή της θεωρίας χορδών είναι η M-theory.

Κβαντική βαρύτητα βρόχου

Προσπαθεί να διατυπώσει μια κβαντική θεωρία πεδίου χωρίς αναφορά στο χωροχρονικό υπόβαθρο σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ο χώρος και ο χρόνος αποτελούνται από διακριτά μέρη. Αυτά τα μικρά κβαντικά κύτταρα του χώρου συνδέονται μεταξύ τους με έναν ορισμένο τρόπο, έτσι ώστε σε μικρές κλίμακες χρόνου και μήκους δημιουργούν μια ετερόκλητη, διακριτή δομή του χώρου και σε μεγάλες κλίμακες μετατρέπονται ομαλά σε συνεχή ομαλό χωροχρόνο. Αν και πολλά κοσμολογικά μοντέλα μπορούν να περιγράψουν τη συμπεριφορά του σύμπαντος μόνο από την εποχή Planck μετά Μεγάλη Έκρηξη, η κβαντική βαρύτητα βρόχου μπορεί να περιγράψει την ίδια τη διαδικασία έκρηξης, ακόμη και να κοιτάξει μπροστά. Η κβαντική βαρύτητα βρόχου μας επιτρέπει να περιγράψουμε όλα τα τυπικά σωματίδια μοντέλου χωρίς να απαιτείται η εισαγωγή του μποζονίου Higgs για να εξηγήσουμε τις μάζες τους.

• Μετάφραση

Δύο υποψήφιοι για μια «θεωρία των πάντων», που θεωρείται από καιρό ασυμβίβαστη, μπορεί να αποδειχθούν οι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος.

Έχουν περάσει ογδόντα χρόνια από τότε που οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι οι θεωρίες της κβαντικής μηχανικής και της βαρύτητας είναι ασύμβατες και το μυστήριο του συνδυασμού τους παραμένει άλυτο. Τις τελευταίες δεκαετίες, οι ερευνητές έχουν μελετήσει αυτό το πρόβλημα με δύο διαφορετικούς τρόπους - μέσω της θεωρίας χορδών και μέσω της κβαντικής βαρύτητας - τους οποίους οι επιστήμονες που τους ασκούν θεωρούν ασύμβατους. Αλλά ορισμένοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι για να προχωρήσουμε είναι απαραίτητο να ενώσουμε τις δυνάμεις μας.

Μεταξύ των προσπαθειών για την ενοποίηση της κβαντικής θεωρίας και της βαρύτητας, η θεωρία χορδών έχει λάβει τη μεγαλύτερη προσοχή. Η υπόθεση του είναι απλή: όλα είναι φτιαγμένα από μικρές χορδές. Οι χορδές μπορεί να είναι κλειστές ή ανοιχτές. μπορούν να δονούνται, να τεντώνονται, να συνδυάζονται ή να αποσυντίθενται. Και σε αυτή την ποικιλομορφία βρίσκονται εξηγήσεις για όλα τα παρατηρήσιμα φαινόμενα, συμπεριλαμβανομένης της ύλης και του χωροχρόνου.

Η κβαντική βαρύτητα βρόχου (LQG), αντίθετα, δίνει λιγότερη έμφαση στην ύλη που υπάρχει στον χωροχρόνο και εστιάζει περισσότερο στις ιδιότητες του ίδιου του χωροχρόνου. Στη θεωρία PKG, ο χωροχρόνος είναι ένα δίκτυο. Το ομαλό υπόβαθρο της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν αντικαθίσταται από κόμβους και συνδέσμους στους οποίους εκχωρούνται κβαντικές ιδιότητες. Έτσι, ο χώρος αποτελείται από ξεχωριστά κομμάτια. Το PKG μελετά κυρίως αυτά τα κομμάτια.

Αυτή η προσέγγιση θεωρείται από καιρό ασύμβατη με τη θεωρία χορδών. Πράγματι, οι διαφορές τους είναι προφανείς και βαθιές. Για αρχή, το PCG μελετά κομμάτια του χωροχρόνου και η θεωρία χορδών μελετά τη συμπεριφορά των αντικειμένων στο χωροχρόνο. Αυτές οι περιοχές μοιράζονται επίσης τεχνικές προκλήσεις. Η θεωρία χορδών απαιτεί να υπάρχουν 10 διαστάσεις στο διάστημα. Το PKG δεν λειτουργεί σε μεγαλύτερες διαστάσεις. Η θεωρία χορδών προϋποθέτει την ύπαρξη υπερσυμμετρίας, στην οποία όλα τα σωματίδια έχουν ακόμη άγνωστους συνεργάτες. Η υπερσυμμετρία δεν είναι χαρακτηριστικό του PCG.

Αυτές και άλλες διαφορές έχουν χωρίσει την κοινότητα της θεωρητικής φυσικής σε δύο στρατόπεδα. «Τα συνέδρια είναι χωρισμένα», λέει ο Dorge Pullin, φυσικός στο State University της Λουιζιάνα και συν-συγγραφέας ενός εγχειριδίου για το PCG. – Οι παίκτες βρόχου πηγαίνουν σε συνέδρια βρόχου, οι παίκτες χορδών πηγαίνουν σε συνέδρια χορδών. Τώρα δεν πηγαίνουν καν σε συνέδρια για τη «φυσική». Νομίζω ότι είναι πολύ ατυχές».

Αλλά ορισμένοι παράγοντες μπορεί να φέρουν αυτά τα στρατόπεδα πιο κοντά. Νέες θεωρητικές ανακαλύψεις έχουν αποκαλύψει πιθανές ομοιότητες μεταξύ της PKG και της θεωρίας χορδών. Μια νέα γενιά θεωρητικών χορδών έχει προχωρήσει πέρα ​​από τη θεωρία χορδών και άρχισε να ψάχνει για μεθόδους και εργαλεία που θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για τη δημιουργία μιας «θεωρίας των πάντων». Και το πρόσφατο παράδοξο της απώλειας πληροφοριών στις μαύρες τρύπες έκανε όλους να αισθάνονται πιο ταπεινοί.

Επιπλέον, ελλείψει πειραματικών στοιχείων για τη θεωρία χορδών ή το PKG, η μαθηματική απόδειξη ότι είναι οι δύο όψεις του ίδιου νομίσματος θα παρείχε στοιχεία ότι οι φυσικοί κινούνται προς τη σωστή κατεύθυνση στην αναζήτησή τους για μια «θεωρία των πάντων». Ο συνδυασμός PKG και θεωρίας χορδών θα έκανε τη νέα θεωρία μοναδική.

Μια απροσδόκητη σύνδεση

Οι προσπάθειες επίλυσης ορισμένων προβλημάτων του PKG οδήγησαν στην πρώτη απροσδόκητη σύνδεση με τη θεωρία χορδών. Οι φυσικοί που μελετούν το PKG δεν έχουν ξεκάθαρη κατανόηση του τρόπου μετάβασης από κομμάτια του χωροχρονικού δικτύου σε μια μεγάλης κλίμακας περιγραφή του χωροχρόνου που ταιριάζει με τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν, την καλύτερη θεωρία της βαρύτητας. Επιπλέον, η θεωρία τους δεν μπορεί να χωρέσει την ειδική περίπτωση στην οποία η βαρύτητα μπορεί να παραμεληθεί. Αυτό είναι το πρόβλημα που πλήττει κάθε προσπάθεια χρήσης του χωροχρόνου σε κομμάτια: στο SRT, οι γραμμικές διαστάσεις ενός αντικειμένου μειώνονται ανάλογα με την κίνηση του παρατηρητή σε σχέση με το αντικείμενο. Η συμπίεση επηρεάζει επίσης το μέγεθος των κομματιών του χωροχρόνου, τα οποία γίνονται αντιληπτά διαφορετικά από τους παρατηρητές που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες. Αυτή η ασυμφωνία οδηγεί σε προβλήματα με την κεντρική αρχή της θεωρίας του Αϊνστάιν - ότι οι νόμοι της φυσικής δεν εξαρτώνται από την ταχύτητα του παρατηρητή.

«Είναι δύσκολο να εισαγάγεις διακριτές δομές χωρίς να αντιμετωπίζεις προβλήματα SRT», λέει ο Pullin. Σε μια εργασία του 2014 που γράφτηκε με τον συνάδελφο Rudolfo Gambini, έναν φυσικό στο Universidad Republican de Uruguay στο Μοντεβιδέο, ο Pullin γράφει ότι η ευθυγράμμιση της PKG με το SRT συνεπάγεται αναπόφευκτα την εμφάνιση αλληλεπιδράσεων παρόμοιων με αυτές που υπάρχουν στη θεωρία χορδών.

Το ότι οι δύο προσεγγίσεις είχαν κάτι κοινό φαινόταν πιθανό στον Pullin μετά από μια σημαντική ανακάλυψη στα τέλη της δεκαετίας του 1990 από τον Juan Malzadena, έναν φυσικό στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ. Ο Malzadena, στον αντι-De Sitter χωροχρόνο (AdS), συμφιλίωσε τη θεωρία της βαρύτητας και τη θεωρία του σύμμορφου πεδίου (CFT) στο όριο του χωροχρόνου. Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση AdS/CFT, η θεωρία της βαρύτητας μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας μια πιο κατανοητή θεωρία πεδίου.

Η πλήρης εκδοχή του δυϊσμού εξακολουθεί να είναι μια υπόθεση, αλλά έχει μια καλά κατανοητή περιοριστική περίπτωση με την οποία δεν ασχολείται η θεωρία χορδών. Επειδή οι χορδές δεν παίζουν ρόλο σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιαδήποτε θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Ο Pullin βλέπει ένα κοινό έδαφος εδώ.

Το PKG όπως το φαντάστηκε ένας καλλιτέχνης

Ο Hermann Verlinde, ένας θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον που εργάζεται συχνά με τη θεωρία χορδών, λέει ότι είναι εύλογο ότι οι μέθοδοι PKG θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη βαρυτική πλευρά του δυϊσμού. Σε μια πρόσφατη εργασία, περιέγραψε ένα απλοποιημένο μοντέλο AdS/CFT σε δύο διαστάσεις για το χώρο και μία για το χρόνο, ή, όπως λένε οι φυσικοί, στην περίπτωση «2+1». Ανακάλυψε ότι ο χώρος του AdS μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας δίκτυα όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο PCG. Παρόλο που ολόκληρος ο σχεδιασμός εξακολουθεί να λειτουργεί σε 2+1, προσφέρει έναν νέο τρόπο θέασης της βαρύτητας. Ο Verlinde ελπίζει να γενικεύσει το μοντέλο σε περισσότερες διαστάσεις. «Το PKG κοιτάχτηκε πολύ στενά. Η προσέγγισή μου περιλαμβάνει και άλλους τομείς. Από πνευματική άποψη, αυτή είναι μια ματιά στο μέλλον», είπε.

Αλλά ακόμα κι αν είναι δυνατό να συνδυαστούν οι μέθοδοι του PKG και της θεωρίας χορδών για να προχωρήσουμε με το χώρο AdS, το ερώτημα παραμένει: πόσο χρήσιμος θα είναι ένας τέτοιος συνδυασμός; Ο χώρος AdS έχει αρνητική κοσμολογική σταθερά (ο αριθμός αυτός περιγράφει τη γεωμετρία του Σύμπαντος σε μεγάλες κλίμακες), ενώ το δικό μας Σύμπαν έχει μια θετική. Δεν ζούμε σε μια μαθηματική κατασκευή που περιγράφεται από τον χώρο του AdS.

Η προσέγγιση του Verlinde είναι ρεαλιστική. «Για παράδειγμα, για μια θετική κοσμολογική σταθερά, μπορεί να χρειαζόμαστε μια νέα θεωρία. Το ερώτημα λοιπόν είναι πόσο διαφορετικό θα είναι από αυτό. Το AdS είναι η καλύτερη υπόδειξη της δομής που αναζητούμε και πρέπει να κάνουμε κάποιο κόλπο για να καταλήξουμε σε μια θετική σταθερά." Πιστεύει ότι οι επιστήμονες δεν χάνουν τον χρόνο τους με αυτή τη θεωρία: «Αν και το AdS δεν περιγράφει τον κόσμο μας, θα μας δώσει μαθήματα που θα μας οδηγήσουν στη σωστή κατεύθυνση».

Ενοποίηση στο έδαφος μιας μαύρης τρύπας

Ο Verlinde και ο Pullin επισημαίνουν μια άλλη πιθανότητα να ενωθούν η θεωρία των χορδών και οι κοινότητες PKG: τη μυστηριώδη μοίρα των πληροφοριών που πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα. Το 2012, τέσσερις ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια επέστησαν την προσοχή σε μια αντίφαση στην επικρατούσα θεωρία. Υποστήριξαν ότι εάν μια μαύρη τρύπα επέτρεπε στις πληροφορίες να διαφύγουν από αυτήν, θα κατέστρεφε τη λεπτή δομή του κενού χώρου γύρω από τον ορίζοντα της μαύρης τρύπας και θα δημιουργούσε ένα τείχος προστασίας υψηλής ενέργειας. Αλλά ένα τέτοιο εμπόδιο είναι ασυμβίβαστο με την αρχή της ισοδυναμίας που διέπει τη γενική σχετικότητα, η οποία δηλώνει ότι ένας παρατηρητής δεν μπορεί να πει αν έχει διασχίσει τον ορίζοντα. Αυτή η ασυμβατότητα έχει αναστατώσει τους θεωρητικούς χορδών, οι οποίοι νόμιζαν ότι κατανοούσαν τη σύνδεση μεταξύ μαύρων τρυπών και πληροφοριών και αναγκάστηκαν να αρπάξουν ξανά τα σημειωματάριά τους.

Αλλά αυτό το πρόβλημα είναι σημαντικό όχι μόνο για τους θεωρητικούς χορδών. «Όλη αυτή η συζήτηση για το τείχος προστασίας ήταν κυρίως στην κοινότητα των θεωρητικών χορδών, κάτι που δεν καταλαβαίνω», είπε ο Verlinde. «Ζητήματα κβαντικών πληροφοριών, εμπλοκής και κατασκευής του μαθηματικού χώρου Hilbert είναι αυτά πάνω στα οποία εργάζονται οι ειδικοί του PCG».

Αυτή τη στιγμή, ένα γεγονός συνέβη απαρατήρητο από τους περισσότερους ειδικούς χορδών - η πτώση του φράγματος που δημιουργήθηκε από υπερσυμμετρία και πρόσθετες διαστάσεις. Η ομάδα του Thomas Tiemann στο Πανεπιστήμιο του Erlangen-Nuremberg (Γερμανία) έχει επεκτείνει το PKG σε υψηλότερες διαστάσεις και συμπεριέλαβε την υπερσυμμετρία - έννοιες που προηγουμένως ήταν αποκλειστικό πεδίο της θεωρίας χορδών.

Πρόσφατα, ο Norbert Bodendorfer, πρώην μαθητής του Tiemann που εργάζεται στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας, εφάρμοσε μεθόδους ποσοτικοποίησης βρόχου από το PCG στο χώρο του AdS. Υποστηρίζει ότι το PKG είναι χρήσιμο για την αντιμετώπιση της δυαδικότητας AdS/CFT σε περιπτώσεις όπου οι θεωρητικοί χορδών δεν μπορούν να κάνουν βαρυτικούς υπολογισμούς. Ο Bodendorfer πιστεύει ότι το χάσμα που υπήρχε μεταξύ του PKG και των χορδών εξαφανίζεται. «Μερικές φορές είχα την εντύπωση ότι οι θεωρητικοί των χορδών έχουν πολύ λίγη κατανόηση του PKG και δεν θέλουν να μιλήσουν για αυτό», είπε. «Αλλά οι νεότεροι ειδικοί επιδεικνύουν ανοιχτό μυαλό. Τους ενδιαφέρει πολύ αυτό που συμβαίνει στη διασταύρωση των περιοχών».

«Η μεγαλύτερη διαφορά είναι πώς ορίζουμε τις ερωτήσεις μας», λέει ο Verlinde. «Το πρόβλημα είναι περισσότερο κοινωνιολογικό παρά επιστημονικό, δυστυχώς». Δεν πιστεύει ότι οι δύο προσεγγίσεις συγκρούονται: «Πάντα πίστευα ότι η θεωρία χορδών και το PKG αποτελούν μέρος της ίδιας περιγραφής. Το PKG είναι μέθοδος, όχι θεωρία. Αυτή είναι μια μέθοδος σκέψης για την κβαντική μηχανική και τη γεωμετρία. Αυτή είναι μια μέθοδος που οι θεωρητικοί χορδών μπορούν, και κάνουν ήδη, να χρησιμοποιούν. Αυτά τα πράγματα δεν αλληλοαποκλείονται».

Αλλά δεν είναι όλοι πεπεισμένοι, ο Moshe Rozali, θεωρητικός χορδών στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας, παραμένει σκεπτικιστής για το PKG: «Ο λόγος που δεν εργάζομαι στο PKG είναι επειδή έχει προβλήματα με το SRT. «Αν η προσέγγισή σας δεν σέβεται τις συμμετρίες στην ειδική σχετικότητα από την αρχή, θα χρειαστείτε ένα θαύμα σε ένα από τα ενδιάμεσα βήματα». Ωστόσο, σύμφωνα με τη Rosalie, μερικά από τα μαθηματικά εργαλεία που προέρχονται από το PCG μπορούν να είναι χρήσιμα. «Δεν νομίζω ότι είναι δυνατός ο συνδυασμός PKG και θεωρίας χορδών. Αλλά οι άνθρωποι χρειάζονται συνήθως μεθόδους, και από αυτή την άποψη είναι παρόμοιες. Οι μαθηματικές μέθοδοι μπορεί να αλληλεπικαλύπτονται».

Επίσης, δεν περιμένουν όλοι οι οπαδοί του PCG συγχώνευση των δύο θεωριών. Ο Carlo Rovelli, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Μασσαλίας και ιδρυτής της θεωρίας PCG πιστεύει στην κυριαρχία της θεωρίας του. «Η κοινότητα των χορδών δεν είναι τόσο αλαζονική όσο πριν από δέκα χρόνια, ειδικά μετά την απογοήτευση της έλλειψης υπερσυμμετρικών σωματιδίων», λέει. – Είναι πιθανό οι δύο θεωρίες να αποτελούν μέρος μιας λύσης... αλλά νομίζω ότι είναι απίθανο. Κατά τη γνώμη μου, η θεωρία χορδών απέτυχε να πραγματοποιήσει αυτό που υποσχέθηκε στη δεκαετία του 1980 και είναι μια από εκείνες τις ιδέες που φαίνονται ωραίες αλλά δεν περιγράφουν τον πραγματικό κόσμο, του οποίου η ιστορία της επιστήμης είναι γεμάτη. Δεν καταλαβαίνω πώς οι άνθρωποι μπορούν ακόμα να εναποθέτουν τις ελπίδες τους σε αυτήν».

Ο Pullin πιστεύει ότι είναι πρόωρο να δηλωθεί η νίκη: «Οι οπαδοί του PCG λένε ότι η θεωρία τους είναι η μόνη σωστή. Δεν θα εγγραφώ για αυτό. Μου φαίνεται ότι και οι δύο θεωρίες είναι εξαιρετικά ελλιπείς».

Ετικέτες: Προσθήκη ετικετών

Μου ζητήθηκε να γράψω μια σημείωση για την κβαντική βαρύτητα βρόχου από διάφορα πράγματα. Και ένα από αυτά είναι σε αυτό το θέμα, από το οποίο ένα άτομο "που δεν είναι στο θέμα" δύσκολα θα καταλάβει περί τίνος πρόκειται μιλάμε για. Αυτό είναι απλά εξαιρετικό και εντελώς άχρηστο για τη Wikipedia:

Σε μια εργασία του 2005, ο Sundance Bilson-Thompson πρότεινε ένα μοντέλο (προφανώς βασισμένο σε περισσότερα γενική θεωρία braids (mathematical braids) του M. Khovanov), στις οποίες τα Harari rishons μετατράπηκαν σε εκτεταμένα αντικείμενα που μοιάζουν με κορδέλα που ονομάζονται κορδέλες. Αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να εξηγήσει τους λόγους για την αυτοοργάνωση των υποσυστατικών στοιχειώδη σωματίδια, που οδήγησε στην εμφάνιση ενός χρωματικού φορτίου, ενώ στο προηγούμενο μοντέλο preon (Rishon) τα βασικά στοιχεία ήταν τα σημειακά σωματίδια και το χρωματικό φορτίο υποτέθηκε. Ο Bilson-Thompson αποκαλεί τις εκτεταμένες κορδέλες του "gelons" και το μοντέλο του gelon. Αυτό το μοντέλο οδηγεί στην ερμηνεία του ηλεκτρικού φορτίου ως τοπολογικής οντότητας που προκύπτει όταν οι κορδέλες συστρέφονται.

Όχι σκατά εδώ σε έναν κανονικό άνθρωποΔεν είναι ξεκάθαρο, αλλά εδώ είναι το θέμα.

Η πρώτη γνωστή θεωρία της βαρύτητας δημιουργήθηκε από τον Αριστοτέλη. Πίστευε ότι τα σώματα πέφτουν με διαφορετικές ταχύτητες, ευθέως ανάλογες της μάζας και αντιστρόφως ανάλογες με την πυκνότητα του μέσου. Αυτό ισχύει σχεδόν με την παρουσία τριβής. Ωστόσο, η θεωρία δεν είχε ακόμη πολύ πρακτικό νόημα εκείνη την εποχή.

Η επιστημονική θεωρία της βαρύτητας δημιουργήθηκε από τον Newton, όλοι τη μελέτησαν στο σχολείο, οπότε δεν θα σας το υπενθυμίσω. Ο Νεύτων περιέγραψε τον νόμο σύμφωνα με τον οποίο τα σώματα έλκονται μεταξύ τους. Αλλά μέχρι τον 20ο αιώνα, οι φυσικοί μεταπήδησαν από την εξαγωγή νόμων στην αναζήτηση αιτιών. Το σημαντικό ερώτημα δεν είναι «πώς», αλλά «γιατί». Και κανείς άλλος από τον Αϊνστάιν δεν πρότεινε μια θεωρία της βαρύτητας βασισμένη στη γεωμετρία του Ρίμαν: η βαρύτητα καθορίζεται από την καμπυλότητα του τετραδιάστατου χωροχρόνου. Η φυσική αποδείχθηκε ότι μοντελοποιήθηκε με μάλλον αφηρημένη γεωμετρία. Η θεωρία είναι κομψή και επιβεβαιωμένη πειραματικά.

Ωστόσο, οι φυσικοί δεν σταμάτησαν εκεί. Το γεγονός είναι ότι στη δεκαετία του 20-30 αναπτύχθηκε η κβαντική μηχανική, η οποία πολύ γρήγορα εξελίχθηκε σε κβαντική θεωρία πεδίου. Το θέμα είναι ότι τα φυσικά μεγέθη δεν είναι πλέον συνεχή, αλλά παίρνουν σταδιακά, διακριτές τιμές. Για παράδειγμα, ενέργεια. Στην κβαντική θεωρία πεδίου, τα κβάντα, ορισμένα αδιαίρετα «κομμάτια», έγιναν «φορείς» θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων. Το πιο απλό πράγμα είναι τα φωτόνια στην ηλεκτροδυναμική (ή φωτόνια φωτός, για παράδειγμα). Ή γκλουόνια - στην ισχυρή αλληλεπίδραση των κουάρκ. Αλλά η ουσία είναι παρόμοια. Επιπλέον, οι θεωρίες χτίστηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε σε μικροεπίπεδο ήταν δυνατό να «δουλέψει» σε κβαντικό επίπεδο, αλλά με μια συνεχή μετάβαση στο μακροεπίπεδο, αποκτήθηκαν όλες οι τυπικές ιδιότητες του πεδίου. Στη φυσική, είναι γνωστοί 4 τύποι θεμελιωδών πεδίων (αλληλεπιδράσεις) και τρεις από αυτούς είναι κβαντισμένοι. Όχι όμως η βαρύτητα. Επιπλέον, τα προβλήματα του κβαντισμού του βαρυτικού πεδίου αποδείχθηκαν τόσο θεμελιώδη που οι φυσικοί άρχισαν να αναζητούν άλλους τρόπους για να «συνδέσουν» μεταξύ τους όλα τα θεμελιώδη πεδία (γιατί; για να εξηγήσουν πώς λειτουργεί ο κόσμος) και τις θεωρίες χορδών και άλλες θεωρίες Όλα εμφανίστηκαν, βασισμένα σε εξωτικούς χώρους και συμμετρίες.

Όλες αυτές οι θεωρίες είχαν μια ιδιότητα που ήταν πολύ αγαπητή από τους μαθηματικούς - η γεωμετρία του χώρου θεωρούνταν συνεχής και ομαλή. Στην πραγματικότητα, έτσι είναι στη γεωμετρία του Ρίμαν, που χρησιμοποιούσε ο Αϊνστάιν. Στα μέσα της δεκαετίας του '80, ο Lee Smolin και οι συνεργάτες του κινδύνευσαν να εγκαταλείψουν την ομαλότητα και τη συνέχεια και για πρώτη φορά κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα συνεπές κβαντικό μοντέλο βαρύτητας, υπό την προϋπόθεση ότι ο χώρος ήταν επίσης κβαντισμένος! Δηλαδή, αποτελείται από «κελιά» μήκους Planck (δέκα μείον 33 cm), συνδεδεμένα με έναν περίεργο τρόπο. Για ευκολία παρουσίασης, αντί για κελιά, άρχισαν να θεωρούν κόμβους και οι συνδέσεις τους σχηματίζουν αυτό που άρχισαν να αποκαλούν δίκτυο περιστροφής. Αυτό σας επιτρέπει να καθορίσετε οποιαδήποτε, ανεξάρτητα από το πόσο κυρτή, γεωμετρία. Απροσδόκητα, ένας φαινομενικά αφηρημένος μαθηματικός κλάδος - η τοπολογία - έγινε ξαφνικά περιζήτητος εδώ, καθώς είναι αυτή που μελετά αυτού του είδους τα αντικείμενα.

Αλλά το δίκτυο περιστροφής είναι μόνο ένα στιγμιαίο «στιγμιότυπο» της κατάστασης. Στην πραγματικότητα, κάθε στιγμή συμβαίνει κάτι στον κόσμο, και αυτό εκφράζεται με τον μετασχηματισμό του δικτύου. Δίκτυο συν χρόνος καλείται σπιν αφρός, γιατί το δίκτυο «βράζει» διαρκώς με την πάροδο του χρόνου, βιώνει ατελείωτους μετασχηματισμούς. Ο χρόνος «αποδείχθηκε» επίσης διακριτός, με ένα διάστημα μεταξύ των «τικ» δέκα μείον 43 cm.

Όπως κάθε καλή θεωρία (και αυτή, παρεμπιπτόντως, είναι διαφορετική από τη Θεωρία Χορδών), η κβαντική θεωρία της βαρύτητας επιτρέπει πειράματα που μπορούν να την επιβεβαιώσουν ή να την αντικρούσουν. Προς το παρόν, ο σύγχρονος εξοπλισμός δεν επιτρέπει τη διεξαγωγή τέτοιων πειραμάτων - τα αποτελέσματα που δίνει ο "κόκκος" του διαστήματος είναι πολύ μικρά - αλλά η τεχνολογία και η φαντασία των επιστημόνων δεν μένουν ακίνητα. Σε κάθε περίπτωση, τέτοια πειράματα δεν φαίνονται ακατόρθωτα.

Έχει επίσης αποδειχθεί πρόσφατα ότι η κβαντική βαρύτητα βρόχου «στο όριο» οδηγεί στο μοντέλο του Αϊνστάιν (ωστόσο, διαφορετικά δεν θα είχε νόημα). Είναι ενδιαφέρον ότι, σε αντίθεση με τη θεωρία του Αϊνστάιν, στη «δική μας» θεωρία το Σύμπαν υπάρχει πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Τώρα ήρθε η ώρα να επιστρέψουμε σε όσα γράφει η Wikipedia. Μάλιστα για τα σημαντικά. Το γεγονός ότι η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχου μας επιτρέπει να συμπεράνουμε