„Cred că sunt prea multe lucruri bune, astfel că a fost destul de greșit în teoria corzilor. Oamenii nu înțeleg foarte bine, dar eu nu cred într-un plan cosmic uriaș care a creat acest lucru incredibil, și că nu avea nimic de-a face cu lumea reală „, - a spus odată Edward Witten.
Fără nici o îndoială, din punct de vedere matematic, nu există nici o lipsă de teorii incredibile, frumoase și elegante. Dar nu toate sunt potrivite pentru universul nostru fizic. Se pare că pentru fiecare idee genială, care descrie cu exactitate ceea ce putem observa și măsura, reprezentând cel puțin o idee genială, care încearcă să descrie același lucru, dar este fundamental greșită. Săptămâna trecută, am pus întrebarea. care este redusă la aproximativ următorul fapt.
gravitația cuantică. Ne-ar dori să știu dacă există nici un progres în acest domeniu în ultimii cinci până la zece ani. Noi muritorii de rand, se pare că această zonă este un pic podzastryala și teoria corzilor a început să cadă în uitare, deoarece este dificil de verificat, și are o 10 ^ 500 soluții posibile. Este adevărat, sau undeva în spatele scenei ia unele progrese, la care presa este pur și simplu nu acordând o atenție?
În primul rând, este necesar să-și petreacă o linie de demarcație între mare ideea gravitației cuantice, teoria corzilor, soluția (sau propuse), precum și alte alternative.
Începem cu universul știm și dragostea. Pe de o parte, există o teorie generală a relativității, teoria noastră a gravitației. Ea susține că, în loc de a fi o simplă acțiune la o distanță așa cum a poruncit Newton, când toate greutățile din toate locurile exercită o forță pe unul față de celălalt este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele, aceasta se bazează pe un mecanism mai delicată.
Mass, așa cum Einstein a stabilit principiul echivalenței E = mc ^ 2 în 1907, a fost una dintre formele de energie din univers. Această energie, la rândul său, denaturează însăși structura spațiu-timp, prin schimbarea calea de mișcare a tuturor obiectelor și de a schimba modul în care un observator ar putea vedea o grilă cartezian. Obiectele nu sunt accelerate din cauza o forță invizibilă, ci mai degrabă de călătorie pe calea determinată de influența diferitelor forme de energie din univers.
Pe de altă parte, avem alte legi ale naturii: cuantice. Acolo electromagnetism, care este responsabil pentru particule încărcate electric, mișcarea lor și care descrie o forță de purtător foton, care mediază aceste interacțiuni și ne dă fenomenele pe care le asociem cu electrostatica si magnetism. Există, de asemenea, două forțe nucleare: forța nucleară slabă responsabilă de fenomene, cum ar fi descompunerea radioactivă, iar forța nucleară puternică, care deține nuclee atomice împreună și să permită existența unor protoni și neutroni.
Calculele pentru aceste forțe apar, de obicei, în plat spațiu-timp de la care fiecare elev începe un studiu al teoriei câmpului cuantic. Dar acest lucru nu este suficient, atunci când suntem prezenți într-un spațiu curbat, așa cum este dictat de teoria generală a relativității.
„Deci - ai spus - suntem doar de gând să efectueze calcule ale teoriei câmpului în medii curbe!“. Acest lucru este cunoscut sub numele de gravitatea semiclasice, iar acest tip de calcul ne permite să contorizați lucruri, cum ar fi radiații Hawking. Dar chiar și acest lucru este disponibil doar pe orizontul găurii negre, dar nu în cazul în care gravitația este în toată splendoarea sa. Există mai multe cazuri naturale în care am putea folosi o teorie cuantică a gravitației, și toate acestea sunt conectate cu fizica gravitațională la cea mai mică scară, pe distanțe mici.
Ceea ce, de exemplu, are loc în regiunile centrale ale găurilor negre? S-ar putea crede, spun ei, „Oh, există o singularitate“, ci o singularitate - nu este atât de mult un punct de densitate infinită, ca un caz în care instrumentele matematice ale relativității generale dă răspunsuri fără sens la întrebări despre potențialele și puteri. Ce se întâmplă când un electron trece printr-o fantă dublă. Trece dacă câmpul gravitațional prin ambele fante? Sau printr-un singur? Relativitatea Teoria generală nu spune nimic cu privire la acest scor.
Se crede că ar trebui să existe o teorie cuantică a gravitației, care va explica aceste și alte probleme inerente „netezi“ teoria gravitației, cum ar fi relativitatea generală. Pentru a explica ceea ce se întâmplă la distanțe scurte, în prezența unor surse gravitaționale - sau a maselor - avem nevoie de un cuantic, discret, și, prin urmare, construit pe teoria particulelor de greutate.
Datorită proprietăților teoriei generale a relativității, ceva ce știm deja.
forță cuantică cunoscută determinat prin acțiunea particulelor, cunoscute sub numele de bozoni, sau particule cu rotire întreagă. Fotonii determină forța electromagnetică, W- și Z-bosoni mediază forța nucleară slabă spre și gluonii - pentru forța nucleară puternică. Toate aceste particule este una de spin, spin pentru particule solide pot lua valoarea -1, 0 sau 1, în timp ce particulele (lipsite de masă, cum ar fi fotoni și gluoni) poate lua valoarea +1 sau -1 numai.
Higgs este un boson, de asemenea, nu numai că acționează ca intermediar pentru forțele și are învârti 0. Din câte știm gravitatea - relativitatea generală este o teorie tensor de greutate - trebuie să acționeze ca o particulă fără masă mediator al spin-2, și, prin urmare, spin poate fi setat la -2 sau 2 numai.
Deci, știm ceva despre teoria cuantică a gravitației înainte de a încerca să-l formuleze. Știm acest lucru, pentru că indiferent de teoria cuantică a gravitației, acesta trebuie să fie în conformitate cu teoria generală a relativității, atunci când avem de-a face cu nu este cea mai mică distanțele până la particule sau obiecte masive, precum teoria generală a relativității ar trebui să fie limitată la gravitația newtoniană în modul slab-câmp.
Marea întrebare, desigur, cum să o facă. Ca cuantiza gravitate, astfel încât este corectă (în descrierea realității), corelată cu GR și KTP calculat și a condus la predicțiile unor noi fenomene care pot fi observabile, măsurabile sau proveryamy.
Leading pretendent, după cum știți, este teoria corzilor.
teoria corzilor
Teoria corzilor - un domeniu interesant, care include toate câmpurile modelului standard și particule, fermioni și bosoni. Aceasta include teorie 10-dimensional-tensor scalară de gravitate: 9 la 1 și parametrul dimensiunii câmpului scalar spațial și temporal. Dacă eliminăm șase dintre aceste dimensiuni spațiale (prin nu proces complet clar că oamenii numesc compactificare) și lăsați parametrul (w), care definește interacțiunea scalară, du-te la infinit, putem restabili GRT.
Cu toate acestea, teoria corzilor are o serie de probleme fenomenologice. Una dintre ele este faptul că rezultă din teoria unui număr foarte mare de noi particule, inclusiv toate supersimetric, pe care încă nu am găsit. Se afirmă că nu este nevoie să „parametri liberi“, care are un model standard (masele de particule), dar înlocuiește problema chiar mai rău. Când vorbim despre 10 ^ 500 decizii posibile, aceste decizii se referă la valorile așteptate ale câmpurilor șir, și nu există nici un mecanism care să le recupereze; teoria corzilor să funcționeze, trebuie să renunțe la dinamica și pur și simplu spune că „ar fi fost selectat antropică.“
Cu toate acestea, teoria corzilor - nu este singurul jucător în acest domeniu.
Buclă gravitației cuantice
PKG predstavlyate o abordare interesantă a problemei: mai degrabă decât încercarea de a cuantiza particule PKG susține că spațiul în sine este discret. Ca de obicei gravitate sunt: stretch foaie cu o minge de bowling în centru. Știm de asemenea că foaia obișnuită este cuantificată, care este compus din molecule, care constau din atomi care constau dintr-un miez (quarcuri și gluoni) și electroni.
Spatiul poate fi la fel! Pentru că acționează ca o țesătură, este alcătuită din elemente finite cuantizați. Și, probabil, este țesută de „bucle“, din care ia numele. Conectați aceste bucle împreună și veți obține o rețea care reprezintă starea cuantică a câmpului gravitațional. Conform această imagine, cuantificată nu numai contează, dar, de asemenea, spațiul în sine. Acest domeniu de cercetare este încă în curs de dezvoltare în mod activ.
Asimptotic gravitate în condiții de siguranță
libertatea asimptotică a fost dezvoltat în anii 1970 pentru a explica natura neobișnuită a interacțiunii puternice: a fost o forță foarte slabă la distanțe extrem de scurte, care a devenit mai puternic ca particulele încărcate dispersate și pe mai departe. Spre deosebire de electromagnetism, care a avut o constantă de cuplare mică, este la o interacțiune puternică a fost mare. Din cauza unor proprietăți interesante ale cromodinamicii cuantice, dacă vă conectați la sistemul de neutru (de culoare), forța de interacțiune scade rapid. Acest lucru poate fi explicat prin dimensiunile fizice ale barionii (protoni și neutroni, de exemplu) și mesonii (pionii, de exemplu).
libertatea asimptotică, pe de altă parte, a decis să problema fundamentală asociată cu acest lucru: Nu aveți o interacțiune mică, comunicare (sau comunicare care tind la zero), ci mai degrabă, de comunicare, care se va termina pur și simplu la limita de mare energie. Toate constantele de cuplare variază cu energie și libertate asimptotică de înaltă energie pune un punct fix pentru constanta (tehnic, pentru grupul renormalizare din care este recuperat constanta de cuplare), iar restul pot fi calculate pentru energii joase.
Oricum, asta este ideea. Ne-am dat seama cum de a face acest lucru este de a măsura 1 + 1 (una spațială și o singură dată), dar nu pentru 3 + 1. Cu toate acestea, progresul este în mare parte datorită lui Christophe Vetterihu, care a publicat două lucrări ambițioase în anii '90. Nu atât de mult timp în urmă, Vetter folosit libertatea asimptotice - acum doar șase ani - pentru a calcula de predicție a masei bosonului Higgs este încă înainte de a LHC-ului găsit. Rezultatul este același?
Surprinzător, prezicerile sale a coincis perfect cu concluziile LHC-ului. Această predicție este perfect, astfel încât în cazul în care adevărata siguranță asimptotică și greutatea cuarcul top, W-bosonul Higgs și a stabilit definitiv, pentru o funcționare stabilă până la cantitățile de fizică Planck nu au nevoie de alte particule fundamentale.
Deși asimptotic gravitația în condiții de siguranță nu plătesc o mulțime de atenție, este teoria foarte atractivă și promițătoare, cum ar fi teoria corzilor: cuantifice cu succes gravitația, relativitatea generală se reduce la limita de energie scăzută și este UV-finală. În plus, bypaseaza teoria corzilor un singur parametru: nu are un întreg munte de material nou, pe care nu putem dovedi.
triangulare dinamică cauzala
Rezultată (indusă) Gravity
Asta e ceea ce avem astăzi pe gravitației cuantice. Suntem convinși că fără ea nu înțeleg lucrarea universului la un nivel fundamental, dar nu au nici o idee în care direcția mișcării prezentate cinci (și altele) va fi adevărat.
Am nevoie de o gravitate cuantică, teoria corzilor? Ilia Khel