Kvantumgravitáció

A kvantumgravitáció az elméleti fizika  kutatási ága , melynek célja a gravitációs kölcsönhatás kvantumleírása ( és, ha ez sikerül, a gravitáció egyesítése a Standard Modell által leírt másik három alapvető kölcsönhatással , azaz a konstrukcióval). az úgynevezett " minden elmélet ").

Létrehozási problémák

Az aktív kutatás ellenére a kvantumgravitáció elmélete még nem épült fel. Felépítésének fő nehézsége abban rejlik, hogy a két fizikai elmélet, amelyet megpróbál összekapcsolni - a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet (GR) - különböző elvekre támaszkodik. Így a kvantummechanika olyan elméletként van megfogalmazva, amely leírja a fizikai rendszerek (például atomok vagy elemi részecskék) időbeli fejlődését a külső téridő hátterében . Az általános relativitáselméletben nincs külső téridő – ez maga az elmélet dinamikus változója, a benne elhelyezkedő klasszikus rendszerek jellemzőitől függően .

A kvantumgravitációra való átállás során legalább a rendszereket kvantumosakra kell cserélni (vagyis kvantálást kell végezni ), miközben az Einstein-egyenletek jobb oldala - az anyagenergia -impulzus tenzor - kvantumoperátorrá válik ( elemi részecskék tenzor energia-impulzussűrűsége). Az így létrejövő kapcsolat megköveteli magának a téridő geometriájának valamilyen kvantálását, és ennek a kvantálásnak a fizikai jelentése teljesen tisztázatlan, és nincs is sikeres következetes kísérlet a végrehajtására [1] [2] . A tér-idő geometria kvantálásáról lásd még a Planck-hossz című cikket .

Még egy linearizált klasszikus gravitációs elmélet (GR) kvantálási kísérlete is számos technikai nehézségbe ütközik – a kvantumgravitáció nem renormalizálható elméletnek bizonyul, mivel a gravitációs állandó egy dimenziós mennyiség [3] [4] . Ugyanis az egységrendszerben a gravitációs állandó a tömeg inverz négyzetének dimenziójával egy méretállandó, csakúgy, mint a gyenge áramok kölcsönhatásának Fermi-állandója , ahol  a proton tömege [5] .

A helyzetet súlyosbítja, hogy a kvantumgravitáció területén végzett közvetlen kísérletek maguknak a gravitációs kölcsönhatásoknak a gyengesége miatt még mindig elérhetetlenek a modern technológiák számára. [6] Ebben a tekintetben a kvantumgravitáció helyes megfogalmazásának keresése során egyelőre csak elméleti számításokra kell hagyatkozni.

Kísérletek folynak a gravitáció kvantálására a geometriodinamikai megközelítés és a funkcionális integrálok módszere alapján [7] .

A gravitáció kvantálásának problémájának más megközelítéseit a szupergravitáció és a diszkrét téridő elméletei alkalmazzák [5] .

Ígéretes jelöltek

A kvantumgravitáció megalkotására törekvő két fő szál a húrelmélet és a hurokkvantumgravitáció .

Az elsőben a részecskék és a háttértér-idő helyett húrok és többdimenziós megfelelőik, a bránok jelennek meg . A nagydimenziós problémáknál a bránok nagydimenziós részecskék, de az ezekben a bránokban mozgó részecskék szempontjából tér -idő struktúrák.

A második megközelítésben egy kvantumtérelmélet megfogalmazására tesznek kísérletet a tér-idő háttérre való hivatkozás nélkül; a tér és az idő ezen elmélet szerint diszkrét részekből áll. Ezek a tér kis kvantumcellái bizonyos módon kapcsolódnak egymáshoz, így kis idő- és hosszléptékben színes, diszkrét térszerkezetet hoznak létre, nagy léptékben pedig simán alakulnak át folyamatos sima téridővé. Míg sok kozmológiai modell csak az ősrobbanás utáni Planck-időszakból képes leírni az univerzum viselkedését, a hurokkvantumgravitáció magát a robbanási folyamatot írja le, és még tovább is tekinthet. A hurokkvantumgravitáció lehetővé teszi számunkra, hogy a Standard Modell összes részecskéjét leírjuk .

A fő probléma itt a koordináták kiválasztása. Az általános relativitáselméletet meg lehet fogalmazni nem koordináta formában (például külső formák segítségével), de a Riemann-tenzor számításait csak egy adott metrikában hajtják végre.

Egy másik ígéretes elmélet az oksági dinamikus háromszögelés . Ebben a tér-idő sokaság elemi euklideszi egyszerűségekből ( háromszög , tetraéder , pentachore ) épül fel , figyelembe véve az okság elvét . A négydimenziósság és a makroszkopikus léptékű pszeudoeuklideszi téridő nem posztulált benne, hanem az elmélet következménye.

Egyéb megközelítések

A kvantumgravitációnak számtalan megközelítése létezik. A megközelítések eltérőek a változatlan és a változó jellemzők függvényében [8] [9] . Példák:

• Akusztikus metrikus és egyéb analóg gravitációs modellek
• Tünetmentes biztonság
• Oksági dinamikus háromszögelés [10]
• Ok-okozati halmazok [11]
• Csoporttérelmélet (lásd: A kvantumgravitáció megközelítései. A tér, az idő és az anyag új megértése felé [12] és az abban található hivatkozások)
• MacDowell–Mansouri akció
• Nem kommutatív geometria
• Út-integrálmodell kvantumkozmológia [ 13]
• Regge számítás
• Integrál módszer [14]
• String Fluid Network (ami ±2 gerjesztés hézagmentes helilitását eredményezi minden egyéb hézagmentes gerjesztés nélkül [15] )
• Szuperfolyékony vákuum vagy BEC vákuumelmélet
• szupergravitáció
• Twistor-modellek (lásd R. Penrose "The Way to Reality, or the Laws Governing the Universe. A Complete Guide" [16] című könyvének 33. fejezetét és az ott található hivatkozásokat)
• Digitális fizika [17]
• Jakiva-Teitelboim Gravitáció

Kísérleti ellenőrzés

Folyamatban vannak az első kísérletek a gravitáció kvantumtulajdonságainak feltárására, nagyon kis tömegű testek gravitációs mezőjének tanulmányozásával, amelyek kvantum-szuperpozíció állapotba vihetők át [18].

Lásd még

• Mindennek elmélete
• Húrelmélet
• M-elmélet
• Hurok kvantumgravitáció
• Kvantumtérelmélet görbe téridőben
• A modern fizika megoldatlan problémái

Jegyzetek

1. ↑ Yukawa H. Fizikai előadások. - M., Energoizdat, 1981. - p. 78-81
2. ↑ Ráadásul a tér-idő kvantálás naiv "rácsos megközelítése", mint kiderült, nem teszi lehetővé a helyes átlépést a határmezők elméletében, amikor a rácslépés nullára hajlik, amit az 1960-as években megfigyeltek. Bryce DeWitt , és ma már széles körben figyelembe veszik a kvantumkromodinamika rácsszámításai során .
3. ↑ Frolov V. P. A gravitáció kvantumelmélete (a II. Nemzetközi Gravitációs Kvantumelméleti Szeminárium anyagai alapján, Moszkva, 1981. október 13-15.) Archív másolat , 2013. szeptember 13., a Wayback Machine , UFN , 1982, vol. 138. o. 151.
4. ↑ Weinberg S. Gravitáció és kozmológia - M.: Mir , 1975. - S. 307.
5. ↑ 1 2 Khlopov Yu. M. Gravitációs kölcsönhatás // Fizikai enciklopédikus szótár. - szerk. A. M. Prokhorova  - M., Great Russian Encyclopedia, 2003. - ISBN 5-85270-306-0 . – Példányszám 10.000 példány. - Val vel. 137
6. ↑

   Ha pedig a „Planck-energia” GeV-ig akarunk haladni (ezen a ponton a kvantumgravitációs hatások jelentőssé válnak), akkor egy gyorsítót kellene építenünk, aminek a gyűrűje körülbelül 10 fényév hosszúságú lenne.

   Sisakyan A.N. Válogatott előadások a részecskefizikáról. - Dubna, JINR, 2004. - p. 95
7. ↑ Ivanenko D.D. , Sardanishvili G.A  .. Gravitáció. — M. : Szerkesztői URSS, 2004. — 200 p. - 1280 példány.  — ISBN 5-354-00538-8 .
8. ↑ Isham, Christopher J.Kanonikus gravitáció: Klasszikustól kvantumig  (neopr.) / Ehlers, Jürgen; Friedrich, Helmut. - Springer, 1994. - ISBN 3-540-58339-4 .
9. ↑ Sorkin, Rafael D.Forks in the Road, a Way to Quantum Gravity  (neopr.)  // International Journal of Theoretical Physics. - 1997. - T. 36 , 12. sz . - S. 2759-2781 . - doi : 10.1007/BF02435709 . - Iránykód . - arXiv : gr-qc/9706002 .
10. ↑ Loll, Renate. A kvantumgravitáció diszkrét megközelítései négy dimenzióban  // Living Reviews in Relativity  : Journal  . - 1998. - 1. évf. 1 . — 13. o . - Iránykód . - arXiv : gr-qc/9805049 .
11. ↑ Sorkin, Rafael D.Előadások a kvantumgravitációról  (neopr.) / Gomberoff, Andres; Marolf, Donald. - Springer, 2005. - ISBN 0-387-23995-2 .
12. ↑ Oriti, 2009 .
13. ↑ Stephen Hawking . A gravitáció 300 éve  (neopr.) / Hawking, Stephen W.; Izrael, Werner. - Cambridge University Press , 1987. - S. 631-651. - ISBN 0-521-37976-8 . .
14. ↑ Klimets AP, Philosophy Documentation Center, Western University-Canada, 2017, pp.25-32 . Letöltve: 2021. június 25. Az eredetiből archiválva : 2019. július 1. (határozatlan)
15. ↑ Levin M., Wen Xiao-Gang . . Topológiai sorrend észlelése alapállapotú hullámfüggvényben // Physical Review Letters , 2006, 96 (11).  - P. 110405. - doi : 10.1103/PhysRevLett.96.110405 .
16. ↑ Penrose, 2007 .
17. ↑ Clara Moskowitz Tangled in Spacetime Archiválva : 2017. július 7. a Wayback Machine -nél // A tudomány világában . - 2017. - 5-6. - S. 118-125.
18. ↑ Tim Folger. Kvantumgravitáció a laboratóriumban // A tudomány világában . - 2019. - 5-6. sz . - S. 100-109 .

Irodalom

• Gorelik G. E. Matvey Bronshtein és a kvantumgravitáció. A megoldatlan probléma 70. évfordulójára. Archivált : 2012. június 17. a Wayback Machine -nél // Uspekhi fizicheskikh nauk , 175. köt., 10. szám (2005. október).
• Penrose  R. A valósághoz vezető út, vagy az univerzumot irányító törvények. A teljes útmutató = The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe / Per. angolról. A. R. Logunov, E. M. Epstein. - M. -Izhevsk: IKI , Kutatóközpont "Szabályos és kaotikus dinamika", 2007. - 912 p. - ISBN 978-5-93972-618-4 .
• A kvantumgravitáció megközelítései. A tér, az idő és az anyag új megértése felé / Szerk. írta D. Oriti. - Cambridge: Cambridge University Press , 2009. - xix + 583 p. — ISBN 978-0-521-86045-1 .

Linkek

• Quantum Gravity Archival copy of 2013. május 6. a Wayback Machine -nél // D. I. Kazakov előadása a PostNauka projektben (2012.11.13.)
• Paul Shellard et al. Quantum Gravity ( Quantum Gravity Archived 2012-02-10 ). // Per. angolról. V. G. Misovets. A link elérése: 2007. november 23., 08:45 (UTC).
• Smolin, Lee . Trouble in Physics: The Rise of String Theory, the Decline of Science and Beyond Archiválva : 2014. február 1., a Wayback Machine -nél
• Merali, Zeeya. Idő és tér szétválasztása. Az új kvantumelmélet elutasítja Einstein téridejét. Archiválva : 2011. július 3. a Wayback Machine -nél // Scientific American. (2009. december).