Κβαντική βαρύτητα βρόχου - τι είναι; Αυτή είναι η ερώτηση που θα εξετάσουμε σε αυτό το άρθρο. Αρχικά, θα ορίσουμε τα χαρακτηριστικά του και τις πραγματικές του πληροφορίες και στη συνέχεια θα εξοικειωθούμε με τον αντίπαλό του - θεωρία χορδών, την οποία θα εξετάσουμε σε μια γενική μορφή για κατανόηση και αλληλεπίδραση με την κβαντική βαρύτητα βρόχου.
Εισαγωγή
Μία από τις θεωρίες που περιγράφουν την κβαντική βαρύτητα είναι ένα σύνολο δεδομένων σχετικά με τη βαρύτητα βρόχου στο κβαντικό επίπεδο της οργάνωσης του Σύμπαντος. Αυτές οι θεωρίες βασίζονται στην έννοια της διακριτικότητας τόσο του χρόνου όσο και του χώρου στην κλίμακα Planck. Επιτρέπει την υλοποίηση της υπόθεσης ενός παλλόμενου Σύμπαντος.
Ο Lee Smolin, ο T. Jacobson, ο K. Rovelli και ο A. Ashtekar είναι οι ιδρυτές της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας βρόχου. Η αρχή του σχηματισμού του πέφτει στη δεκαετία του '80. ΧΧ αιώνα. Σύμφωνα με τις δηλώσεις αυτής της θεωρίας, οι «πόροι» - χρόνος και χώρος - είναι συστήματα διακριτών θραυσμάτων. Περιγράφονται ως κύτταρα μεγέθους κβάντα, τα οποία συγκρατούνται μεταξύ τους με έναν ιδιαίτερο τρόπο. Ωστόσο, φτάνοντας μεγάλα μεγέθη, παρατηρούμε μια εξομάλυνση του χωροχρόνου και μας φαίνεται συνεχής.
Βαρύτητα βρόχου και σωματίδια του σύμπαντος
Ένα από τα πιο εντυπωσιακά "χαρακτηριστικά" της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας βρόχου είναι η φυσική της ικανότητα να λύνει ορισμένα προβλήματα στη φυσική. Σας επιτρέπει να εξηγήσετε πολλά ζητήματα που σχετίζονται με το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων.
Το 2005, δημοσιεύτηκε ένα άρθρο του S. Bilson-Thompson, ο οποίος πρότεινε σε αυτό ένα μοντέλο με μεταμορφωμένο Rishon Harari, το οποίο είχε τη μορφή αντικειμένου εκτεταμένης κορδέλας. Το τελευταίο ονομάζεται κορδέλα. Το εκτιμώμενο δυναμικό υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να εξηγήσει τον λόγο για την ανεξάρτητη οργάνωση όλων των υποσυστατικών. Εξάλλου, αυτό το φαινόμενο είναι που προκαλεί τη χρωματική φόρτιση. Το προηγούμενο μοντέλο preon θεωρούσε από μόνο του τα σημειακά σωματίδια ως το βασικό στοιχείο. Η φόρτιση χρώματος υποτέθηκε. Αυτό το μοντέλο καθιστά δυνατή την περιγραφή των ηλεκτρικών φορτίων ως μια τοπολογική οντότητα, η οποία μπορεί να προκύψει σε περίπτωση συστροφής κορδέλας.
Το δεύτερο άρθρο αυτών των συν-συγγραφέων, που δημοσιεύτηκε το 2006, είναι ένα έργο στο οποίο συμμετείχαν επίσης οι L. Smolin και F. Markopolu. Οι επιστήμονες έχουν υποβάλει την υπόθεση ότι όλες οι θεωρίες της βαρύτητας του κβαντικού βρόχου, που περιλαμβάνονται στην κατηγορία των βρόχων, δηλώνουν ότι σε αυτές ο χώρος και ο χρόνος είναι καταστάσεις που διεγείρονται από την κβαντοποίηση. Αυτές οι καταστάσεις μπορούν να παίξουν το ρόλο των πρεονίων, που οδηγούν στην εμφάνιση του γνωστού τυπικού μοντέλου. Με τη σειρά του προκαλείεμφάνιση των ιδιοτήτων της θεωρίας.
Οι τέσσερις επιστήμονες πρότειναν επίσης ότι η θεωρία της βαρύτητας του κβαντικού βρόχου είναι ικανή να αναπαράγει το Καθιερωμένο Μοντέλο. Διασυνδέει τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις με αυτόματο τρόπο. Σε αυτή τη μορφή, κάτω από την έννοια του «brad» (διαπλεκόμενος ινώδης χωροχρόνος), εννοείται εδώ η έννοια των πρεονών. Είναι οι εγκέφαλοι που καθιστούν δυνατή την αναδημιουργία του σωστού μοντέλου από τους εκπροσώπους της «πρώτης γενιάς» σωματιδίων, το οποίο βασίζεται σε φερμιόνια (κουάρκ και λεπτόνια) με ως επί το πλείστον σωστούς τρόπους αναδημιουργίας του φορτίου και της ισοτιμίας των ίδιων των φερμιονίων.
Ο Bilson-Thompson πρότεινε ότι τα φερμιόνια από τη θεμελιώδη "σειρά" της 2ης και 3ης γενιάς μπορούν να αναπαρασταθούν ως τα ίδια brads, αλλά με πιο σύνθετη δομή. Τα φερμιόνια της 1ης γενιάς αντιπροσωπεύονται εδώ από τους απλούστερους εγκεφάλους. Ωστόσο, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε εδώ ότι συγκεκριμένες ιδέες σχετικά με την πολυπλοκότητα της συσκευής τους δεν έχουν ακόμη διατυπωθεί. Πιστεύεται ότι τα φορτία χρώματος και ηλεκτρικών τύπων, καθώς και η «κατάσταση» ισοτιμίας των σωματιδίων στην πρώτη γενιά, σχηματίζονται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως και σε άλλες. Αφού ανακαλύφθηκαν αυτά τα σωματίδια, έγιναν πολλά πειράματα για να δημιουργηθούν αποτελέσματα πάνω τους από κβαντικές διακυμάνσεις. Τα τελικά αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι αυτά τα σωματίδια είναι σταθερά και δεν διασπώνται.
Δομή λωρίδων
Δεδομένου ότι εξετάζουμε πληροφορίες σχετικά με τις θεωρίες εδώ χωρίς να χρησιμοποιούμε υπολογισμούς, μπορούμε να πούμε ότι πρόκειται για κβαντική βαρύτητα βρόχου γιατσαγιέρες». Και δεν μπορεί χωρίς να περιγράψει τις δομές της ταινίας.
Οντότητες στις οποίες η ύλη αντιπροσωπεύεται από το ίδιο «πράγμα» όπως ο χωροχρόνος είναι μια γενική περιγραφική αναπαράσταση του μοντέλου που μας παρουσίασε ο Bilson-Thompson. Αυτές οι οντότητες είναι οι δομές ταινίας του δεδομένου περιγραφικού χαρακτηριστικού. Αυτό το μοντέλο μας δείχνει πώς παράγονται τα φερμιόνια και πώς σχηματίζονται τα μποζόνια. Ωστόσο, δεν απαντά στο ερώτημα πώς μπορεί να ληφθεί το μποζόνιο Higgs χρησιμοποιώντας την επωνυμία.
L. Οι Freidel, J. Kovalsky-Glikman και A. Starodubtsev το 2006 σε ένα άρθρο πρότειναν ότι οι γραμμές βαρυτικών πεδίων Wilson μπορούν να περιγράψουν στοιχειώδη σωματίδια. Αυτό σημαίνει ότι οι ιδιότητες που διαθέτουν τα σωματίδια είναι σε θέση να αντιστοιχούν στις ποιοτικές παραμέτρους των βρόχων Wilson. Τα τελευταία, με τη σειρά τους, είναι το βασικό αντικείμενο της κβαντικής βαρύτητας βρόχου. Αυτές οι μελέτες και οι υπολογισμοί θεωρούνται επίσης ως πρόσθετη βάση για τη θεωρητική υποστήριξη που περιγράφει τα μοντέλα Bilson-Thompson.
Χρησιμοποιώντας τον φορμαλισμό του μοντέλου spin foam, ο οποίος σχετίζεται άμεσα με τη θεωρία που μελετήθηκε και αναλύθηκε σε αυτό το άρθρο (T. P. K. G.), καθώς και με βάση την αρχική σειρά αρχών αυτής της θεωρίας της βαρύτητας κβαντικού βρόχου, κάνει είναι δυνατό να αναπαραχθούν ορισμένα κομμάτια του Καθιερωμένου Μοντέλου που δεν μπορούσαν να ληφθούν πριν. Αυτά ήταν σωματίδια φωτονίων, επίσης γλουόνια και γκραβιτόνια.
Υπάρχειεπίσης το μοντέλο gelon, στο οποίο τα brads δεν λαμβάνονται υπόψη λόγω της απουσίας τους ως τέτοια. Όμως το ίδιο το μοντέλο δεν δίνει την ακριβή δυνατότητα να αρνηθεί κανείς την ύπαρξή τους. Το πλεονέκτημά του είναι ότι μπορούμε να περιγράψουμε το μποζόνιο Higgs ως ένα είδος σύνθετου συστήματος. Αυτό εξηγείται από την παρουσία πιο πολύπλοκων εσωτερικών δομών σε σωματίδια με μεγάλη τιμή μάζας. Δεδομένης της συστροφής των brads, μπορούμε να υποθέσουμε ότι αυτή η δομή μπορεί να σχετίζεται με τον μηχανισμό δημιουργίας μάζας. Για παράδειγμα, η μορφή του μοντέλου Bilson-Thompson, που περιγράφει το φωτόνιο ως σωματίδιο με μηδενική μάζα, αντιστοιχεί στη μη συστραμμένη κατάσταση brad.
Κατανόηση της Προσέγγισης Bilson-Thompson
Σε διαλέξεις για τη βαρύτητα του κβαντικού βρόχου, όταν περιγράφεται η καλύτερη προσέγγιση για την κατανόηση του μοντέλου Bilson-Thompson, αναφέρεται ότι αυτή η περιγραφή του μοντέλου preon των στοιχειωδών σωματιδίων επιτρέπει σε κάποιον να χαρακτηρίσει τα ηλεκτρόνια ως συναρτήσεις κυματικής φύσης. Το θέμα είναι ότι ο συνολικός αριθμός των κβαντικών καταστάσεων που κατέχουν οι αφροί spin με συνεκτικές φάσεις μπορεί επίσης να περιγραφεί χρησιμοποιώντας όρους συνάρτησης κυμάτων. Επί του παρόντος, βρίσκεται σε εξέλιξη ενεργή εργασία με στόχο την ενοποίηση της θεωρίας των στοιχειωδών σωματιδίων και του T. P. K. G.
Μεταξύ των βιβλίων για την κβαντική βαρύτητα βρόχου, μπορείτε να βρείτε πολλές πληροφορίες, για παράδειγμα, στα έργα του O. Feirin σχετικά με τα παράδοξα του κβαντικού κόσμου. Μεταξύ άλλων έργων, αξίζει να δοθεί προσοχή σε άρθρα του Lee Smolin.
Προβλήματα
Το άρθρο, σε τροποποιημένη έκδοση από τον Bilson-Thompson, παραδέχεται ότιτο φάσμα μάζας των σωματιδίων είναι ένα άλυτο πρόβλημα που το μοντέλο του δεν μπορεί να περιγράψει. Επίσης, δεν λύνει θέματα που σχετίζονται με περιστροφές, μίξη Cabibbo. Απαιτεί μια σύνδεση με μια πιο θεμελιώδη θεωρία. Μεταγενέστερες εκδόσεις του άρθρου καταφεύγουν στην περιγραφή της δυναμικής των brads χρησιμοποιώντας τη μετάβαση Pachner.
Υπάρχει μια συνεχής αντιπαράθεση στον κόσμο της φυσικής: η θεωρία των χορδών εναντίον της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας βρόχου. Αυτά είναι δύο θεμελιώδη έργα πάνω στα οποία έχουν εργαστεί και εργάζονται πολλοί διάσημοι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο.
θεωρία χορδών
Μιλώντας για τη θεωρία της βαρύτητας του κβαντικού βρόχου και τη θεωρία χορδών, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι πρόκειται για δύο εντελώς διαφορετικούς τρόπους κατανόησης της δομής της ύλης και της ενέργειας στο Σύμπαν.
Η θεωρία χορδών είναι το «μονοπάτι της εξέλιξης» της φυσικής επιστήμης, που προσπαθεί να μελετήσει τη δυναμική των αμοιβαίων ενεργειών όχι μεταξύ σημειακών σωματιδίων, αλλά κβαντικών χορδών. Το υλικό της θεωρίας συνδυάζει την ιδέα της μηχανικής του κβαντικού κόσμου και τη θεωρία της σχετικότητας. Αυτό είναι πιθανό να βοηθήσει τον άνθρωπο να οικοδομήσει μια μελλοντική θεωρία της κβαντικής βαρύτητας. Ακριβώς λόγω του σχήματος του αντικειμένου μελέτης αυτή η θεωρία προσπαθεί να περιγράψει τα θεμέλια του σύμπαντος με διαφορετικό τρόπο.
Σε αντίθεση με τη θεωρία της βαρύτητας του κβαντικού βρόχου, η θεωρία χορδών και τα θεμέλιά της βασίζονται σε υποθετικά δεδομένα, υποδηλώνοντας ότι κάθε στοιχειώδες σωματίδιο και όλες οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις του είναι αποτέλεσμα δονήσεων κβαντικών χορδών. Αυτά τα «στοιχεία» του Σύμπαντος έχουν υπερμικροσκοπικές διαστάσεις και σε κλίμακες της τάξης του μήκους Planck είναι 10-35 m.
Τα δεδομένα αυτής της θεωρίας έχουν μαθηματικά νόημα με αρκετά μεγάλη ακρίβεια, αλλά δεν έχει ακόμη καταφέρει να βρει πραγματική επιβεβαίωση στο πεδίο των πειραμάτων. Η θεωρία χορδών συνδέεται με τα πολυσύμπανα, τα οποία είναι η ερμηνεία πληροφοριών σε έναν άπειρο αριθμό κόσμων με διαφορετικούς τύπους και μορφές ανάπτυξης απολύτως των πάντων.
Βάση
Κβαντική βαρύτητα βρόχου ή θεωρία χορδών; Αυτό είναι ένα αρκετά σημαντικό ερώτημα, το οποίο είναι δύσκολο, αλλά πρέπει να γίνει κατανοητό. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τους φυσικούς. Για να κατανοήσετε καλύτερα τη θεωρία χορδών, είναι σημαντικό να γνωρίζετε μερικά πράγματα.
Η θεωρία χορδών θα μπορούσε να μας δώσει μια περιγραφή της μετάβασης και όλων των χαρακτηριστικών κάθε θεμελιώδους σωματιδίου, αλλά αυτό είναι δυνατό μόνο εάν μπορούσαμε επίσης να προβάλλουμε τις χορδές στο πεδίο χαμηλής ενέργειας της φυσικής. Σε μια τέτοια περίπτωση, όλα αυτά τα σωματίδια θα έπαιρναν τη μορφή περιορισμών στο φάσμα διέγερσης σε έναν μη τοπικό μονοδιάστατο φακό, του οποίου υπάρχει άπειρος αριθμός. Η χαρακτηριστική διάσταση των χορδών είναι μια εξαιρετικά μικρή τιμή (περίπου 10-33 m). Λόγω αυτού, ένα άτομο δεν είναι σε θέση να τα παρατηρήσει κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Ανάλογο αυτού του φαινομένου είναι η δόνηση εγχόρδων των μουσικών οργάνων. Τα φασματικά δεδομένα που «σχηματίζουν» μια συμβολοσειρά μπορεί να είναι δυνατά μόνο για μια συγκεκριμένη συχνότητα. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα, αυξάνεται και η ενέργεια (συσσωρευμένη από τους κραδασμούς). Εάν εφαρμόσουμε τον τύπο E=mc2 σε αυτήν την πρόταση, τότε μπορούμε να δημιουργήσουμε μια περιγραφή της ύλης που συνθέτει το Σύμπαν. Η θεωρία υποστηρίζει ότι οι διαστάσεις μάζας σωματιδίων που εκδηλώνονται ωςΟι δονούμενες χορδές παρατηρούνται στον πραγματικό κόσμο.
Η φυσική των χορδών αφήνει ανοιχτό το ζήτημα των διαστάσεων του χωροχρόνου. Η απουσία πρόσθετων χωρικών διαστάσεων στον μακροσκοπικό κόσμο εξηγείται με δύο τρόπους:
- Συμπύκνωση διαστάσεων, οι οποίες συστρέφονται σε μεγέθη στα οποία θα αντιστοιχούν στη σειρά του μήκους Planck;
- Ο εντοπισμός ολόκληρου του αριθμού των σωματιδίων που σχηματίζουν ένα πολυδιάστατο Σύμπαν σε ένα τετραδιάστατο "φύλλο του Κόσμου", το οποίο περιγράφεται ως πολυσύμπαν.
Quantization
Αυτό το άρθρο εξετάζει την έννοια της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας βρόχου για ανδρείκελα. Αυτό το θέμα είναι εξαιρετικά δύσκολο να κατανοηθεί σε μαθηματικό επίπεδο. Εδώ εξετάζουμε μια γενική αναπαράσταση που βασίζεται σε μια περιγραφική προσέγγιση. Επιπλέον, σε σχέση με δύο «αντίθετες» θεωρίες.
Για να κατανοήσετε καλύτερα τη θεωρία χορδών, είναι επίσης σημαντικό να γνωρίζετε την ύπαρξη της πρωτογενούς και δευτερεύουσας προσέγγισης κβαντισμού.
Η δεύτερη κβαντοποίηση βασίζεται στις έννοιες ενός πεδίου συμβολοσειράς, δηλαδή του συναρτητικού για το διάστημα των βρόχων, το οποίο είναι παρόμοιο με την κβαντική θεωρία πεδίου. Οι φορμαλισμοί της κύριας προσέγγισης, μέσω μαθηματικών τεχνικών, δημιουργούν μια περιγραφή της κίνησης των δοκιμαστικών χορδών στα εξωτερικά τους πεδία. Αυτό δεν επηρεάζει αρνητικά την αλληλεπίδραση μεταξύ των χορδών και περιλαμβάνει επίσης το φαινόμενο της αποσύνθεσης και της ενοποίησης των χορδών. Η κύρια προσέγγιση είναι η σύνδεση μεταξύ των θεωριών χορδών και των συμβατικών αξιώσεων της θεωρίας πεδίουπαγκόσμια επιφάνεια.
Υπερσυμμετρία
Το πιο σημαντικό και υποχρεωτικό, καθώς και ρεαλιστικό «στοιχείο» της θεωρίας χορδών είναι η υπερσυμμετρία. Το γενικό σύνολο των σωματιδίων και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους, που παρατηρούνται σε σχετικά χαμηλές ενέργειες, είναι ικανό να αναπαράγει το δομικό στοιχείο του Καθιερωμένου Μοντέλου σχεδόν σε κάθε μορφή. Πολλές ιδιότητες του Καθιερωμένου Μοντέλου αποκτούν κομψές εξηγήσεις όσον αφορά τη θεωρία υπερχορδών, η οποία είναι επίσης ένα σημαντικό επιχείρημα για τη θεωρία. Ωστόσο, δεν υπάρχουν ακόμη αρχές που θα μπορούσαν να εξηγήσουν αυτόν ή εκείνον τον περιορισμό των θεωριών χορδών. Αυτά τα αξιώματα θα πρέπει να καθιστούν δυνατή την απόκτηση μιας μορφής του κόσμου παρόμοια με το τυπικό μοντέλο.
Ιδιότητες
Οι πιο σημαντικές ιδιότητες της θεωρίας χορδών είναι:
- Οι αρχές που καθορίζουν τη δομή του Σύμπαντος είναι η βαρύτητα και η μηχανική του κβαντικού κόσμου. Είναι στοιχεία που δεν μπορούν να διαχωριστούν κατά τη δημιουργία μιας γενικής θεωρίας. Η θεωρία χορδών εφαρμόζει αυτήν την υπόθεση.
- Μελέτες πολλών ανεπτυγμένων εννοιών του εικοστού αιώνα, που μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε τη θεμελιώδη δομή του κόσμου, με όλες τις πολλές αρχές λειτουργίας και εξήγησης, συνδυάζονται και πηγάζουν από τη θεωρία χορδών.
- Η θεωρία χορδών δεν έχει ελεύθερες παραμέτρους που πρέπει να προσαρμοστούν για να διασφαλιστεί συμφωνία, όπως απαιτείται στο Καθιερωμένο Μοντέλο, για παράδειγμα.
Συμπερασματικά
Με απλά λόγια, η βαρύτητα του κβαντικού βρόχου είναι ένας τρόπος αντίληψης της πραγματικότητας πουπροσπαθεί να περιγράψει τη θεμελιώδη δομή του κόσμου σε επίπεδο στοιχειωδών σωματιδίων. Σας επιτρέπει να λύσετε πολλά προβλήματα της φυσικής που επηρεάζουν την οργάνωση της ύλης και επίσης ανήκει σε μια από τις κορυφαίες θεωρίες στον κόσμο. Ο κύριος αντίπαλος της είναι η θεωρία χορδών, κάτι που είναι αρκετά λογικό, δεδομένων των πολλών αληθινών δηλώσεων της τελευταίας. Και οι δύο θεωρίες βρίσκουν την επιβεβαίωσή τους σε διάφορα πεδία έρευνας στοιχειωδών σωματιδίων και οι προσπάθειες να συνδυαστεί ο «κβαντικός κόσμος» και η βαρύτητα συνεχίζονται μέχρι σήμερα.
