- Preklad
Dvaja kandidáti na „teóriu všetkého“, dlho považovaná za nezlučiteľnú, sa môžu ukázať ako dve strany tej istej mince.
Uplynulo 80 rokov, odkedy si fyzici uvedomili, že teórie kvantovej mechaniky a gravitácie sú nezlučiteľné a záhada ich kombinácie zostáva nevyriešená. Počas posledných desaťročí výskumníci študovali tento problém dvoma rôznymi spôsobmi - prostredníctvom teórie strún a prostredníctvom kvantovej gravitácie - ktoré vedci, ktorí ich praktizujú, považujú za nezlučiteľné. Niektorí vedci však tvrdia, že na pokrok je potrebné spojiť sily.
Spomedzi pokusov o zjednotenie kvantovej teórie a gravitácie sa teórii strún venovala najväčšia pozornosť. Jeho základ je jednoduchý: všetko je vyrobené z malých šnúrok. Struny môžu byť zatvorené alebo otvorené; môžu vibrovať, naťahovať sa, kombinovať alebo rozpadať sa. A v tejto rozmanitosti spočívajú vysvetlenia všetkých pozorovateľných javov, vrátane hmoty a časopriestoru.
Slučková kvantová gravitácia (LQG) naopak kladie menší dôraz na hmotu prítomnú v časopriestore a zameriava sa viac na vlastnosti samotného časopriestoru. V teórii PKG je časopriestor sieť. Hladké pozadie Einsteinovej teórie gravitácie je nahradené uzlami a väzbami, ktorým sú priradené kvantové vlastnosti. Priestor sa teda skladá zo samostatných častí. PKG študuje hlavne tieto kúsky.
Tento prístup sa dlho považoval za nezlučiteľný s teóriou strún. V skutočnosti sú ich rozdiely zrejmé a hlboké. Pre začiatok, PCG študuje kúsky časopriestoru a teória strún študuje správanie objektov v časopriestore. Tieto oblasti majú spoločné aj technické problémy. Teória strún vyžaduje, aby v priestore bolo 10 dimenzií; PKG nefunguje vo vyšších dimenziách. Teória strún predpokladá existenciu supersymetrie, v ktorej majú všetky častice zatiaľ neobjavených partnerov. Supersymetria nie je charakteristická pre PCG.
Tieto a ďalšie rozdiely rozdelili komunitu teoretickej fyziky na dva tábory. „Konferencie sú rozdelené,“ hovorí Dorge Pullin, fyzik z Louisianskej štátnej univerzity a spoluautor učebnice PCG. – Loopisti chodia na slučkové konferencie, sláčikári chodia na sláčikové konferencie. Teraz už ani nechodia na konferencie o „fyzike“. Myslím si, že je to dosť nešťastné."
Niektoré faktory však môžu tieto tábory posunúť bližšie. Nové teoretické objavy odhalili možné podobnosti medzi PKG a teóriou strún. Nová generácia teoretikov strún prekonala teóriu strún a začala hľadať metódy a nástroje, ktoré by mohli byť užitočné pri vytváraní „teórie všetkého“. A nedávny paradox straty informácií v čiernych dierach spôsobil, že sa všetci cítili pokornejšie.
Navyše, ak neexistujú experimentálne dôkazy pre teóriu strún alebo PKG, matematický dôkaz, že ide o dve strany tej istej mince, by poskytol dôkaz, že fyzici sa vo svojom hľadaní „teórie všetkého“ uberajú správnym smerom. Kombinácia PKG a teórie strún by urobila novú teóriu jedinečnou.
Nečakané spojenie
Pokusy vyriešiť niektoré problémy PKG viedli k prvému neočakávanému spojeniu s teóriou strún. Fyzici, ktorí študujú PKG, nemajú jasnú predstavu o tom, ako prejsť od kúskov časopriestorovej siete k rozsiahlemu opisu časopriestoru, ktorý sa zhoduje s Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity, našou najlepšou teóriou gravitácie. Navyše, ich teória sa nemôže prispôsobiť špeciálnemu prípadu, v ktorom môže byť gravitácia zanedbaná. Toto je problém, ktorý sa stretáva s každým pokusom použiť časopriestor po častiach: v SRT sa lineárne rozmery objektu zmenšujú v závislosti od pohybu pozorovateľa vzhľadom k objektu. Kompresia ovplyvňuje aj veľkosť kúskov časopriestoru, ktoré pozorovatelia pohybujúci sa rôznymi rýchlosťami vnímajú odlišne. Tento rozpor vedie k problémom s ústredným princípom Einsteinovej teórie – že fyzikálne zákony nezávisia od rýchlosti pozorovateľa.„Je ťažké zaviesť diskrétne štruktúry bez toho, aby sme narazili na problémy SRT,“ hovorí Pullin. V článku z roku 2014 napísanom s kolegom Rudolfom Gambinim, fyzikom na Universidad Republican de Uruguay v Montevideu, Pullin píše, že zosúladenie PKG so STR nevyhnutne znamená výskyt interakcií podobných tým, ktoré sú prítomné v teórii strún.
To, že tieto dva prístupy majú niečo spoločné, sa Pullinovi zdalo pravdepodobné od kľúčového objavu na konci 90. rokov 20. storočia Juanom Malzadenom, fyzikom z Inštitútu pre pokročilé štúdium v Princetone, New Jersey. Malzadena v anti-De Sitterovom časopriestore (AdS) zosúladil teóriu gravitácie a teóriu konformného poľa (CFT) na hranici časopriestoru. Pomocou prístupu AdS/CFT možno teóriu gravitácie opísať pomocou zrozumiteľnejšej teórie poľa.
Plná verzia dualizmu je stále hypotézou, ale má dobre pochopený obmedzujúci prípad, ktorým sa teória strún nezaoberá. Pretože struny v tomto prípade nehrajú rolu, dá sa použiť v akejkoľvek teórii kvantovej gravitácie. Pullin tu vidí spoločnú reč.
PKG podľa predstáv umelca
Herman Verlinde, teoretický fyzik z Princetonskej univerzity, ktorý často pracuje s teóriou strún, hovorí, že je pravdepodobné, že metódy PKG by mohli objasniť gravitačnú stránku dualizmu. V nedávnom článku opísal zjednodušený model AdS/CFT v dvoch rozmeroch pre priestor a jeden pre čas, alebo, ako hovoria fyzici, v prípade „2+1“. Zistil, že priestor AdS možno opísať pomocou sietí, aké sa používajú v PCG. Aj keď celý dizajn stále funguje v 2+1, ponúka nový pohľad na gravitáciu. Verlinde dúfa, že zovšeobecní model do viacerých dimenzií. „Na PKG sa pozeralo príliš úzko. Môj prístup zahŕňa aj iné oblasti. V intelektuálnom zmysle je to pohľad do budúcnosti,“ povedal.
Ale aj keď je možné skombinovať metódy PKG a teórie strún, aby ste sa posunuli vpred s priestorom AdS, otázkou zostáva: ako užitočná bude takáto kombinácia? Priestor AdS má negatívnu kozmologickú konštantu (toto číslo popisuje geometriu Vesmíru vo veľkých mierkach), zatiaľ čo náš Vesmír má pozitívnu. Nežijeme v matematickom konštrukte opísanom priestorom AdS.
Verlindeov prístup je pragmatický. „Napríklad pre pozitívnu kozmologickú konštantu môžeme potrebovať novú teóriu. Otázkou potom je, nakoľko sa bude líšiť od tohto. AdS je zatiaľ najlepším náznakom štruktúry, ktorú hľadáme, a musíme urobiť nejaký trik, aby sme dosiahli pozitívnu konštantu.“ Verí, že vedci s touto teóriou nestrácajú čas: „Aj keď AdS nepopisuje náš svet, dá nám lekcie, ktoré nás povedú správnym smerom.“
Zjednotenie na území čiernej diery
Verlinde a Pullin poukazujú na ďalšiu možnosť spojenia teórie strún a komunít PKG: záhadný osud informácií padajúcich do čiernej diery. V roku 2012 štyria vedci z Kalifornskej univerzity upozornili na rozpor v prevládajúcej teórii. Tvrdili, že ak by čierna diera umožnila informáciám uniknúť z nej, zničilo by to jemnú štruktúru prázdneho priestoru okolo horizontu čiernej diery a vytvorilo by vysokoenergetickú bariéru – „firewall“. Takáto bariéra je však nezlučiteľná s princípom ekvivalencie, ktorý je základom všeobecnej teórie relativity, ktorý hovorí, že pozorovateľ nemôže povedať, či prekročil horizont. Táto nekompatibilita rozrušila teoretikov strún, ktorí si mysleli, že pochopili spojenie medzi čiernymi dierami a informáciami, a boli nútení znova schmatnúť svoje notebooky.Tento problém je však dôležitý nielen pre teoretikov strún. "Celá táto debata o firewalle bola väčšinou v komunite teoretikov strún, čomu nerozumiem," povedal Verlinde. "Problémy s kvantovými informáciami, zapletením a konštrukciou matematického Hilbertovho priestoru sú to, na čom experti PCG pracovali."
V tomto čase došlo k udalosti, ktorú väčšina špecialistov na struny nepostrehla - pád bariéry vztýčenej supersymetriou a dodatočnými rozmermi. Skupina Thomasa Tiemanna na Univerzite v Erlangen-Norimbergu (Nemecko) rozšírila PKG do vyšších dimenzií a zahrnula supersymetriu – koncepty, ktoré boli predtým výhradnou doménou teórie strún.
Nedávno Norbert Bodendorfer, bývalý študent Tiemanna pôsobiaci na Varšavskej univerzite, aplikoval metódy kvantifikácie slučiek z PCG do priestoru AdS. Tvrdí, že PKG je užitočný pri riešení duality AdS/CFT v prípadoch, keď teoretici strún nemôžu robiť gravitačné výpočty. Bodendorfer verí, že medzera, ktorá existovala medzi PKG a strunami, mizne. "Niekedy som mal dojem, že teoretici strún veľmi málo rozumejú PKG a nechcú o tom hovoriť," povedal. „Mladší špecialisti však preukazujú otvorenosť. Veľmi ich zaujíma, čo sa deje na priesečníku regiónov.“
„Najväčší rozdiel je v tom, ako definujeme naše otázky,“ hovorí Verlinde. "Problém je, žiaľ, skôr sociologický ako vedecký." Nemyslí si, že tieto dva prístupy sú v rozpore: „Vždy som si myslel, že teória strún a PKG sú súčasťou toho istého popisu. PKG je metóda, nie teória. Toto je metóda uvažovania o kvantovej mechanike a geometrii. Toto je metóda, ktorú môžu a už používajú teoretici strún. Tieto veci sa navzájom nevylučujú."
Nie všetci sú však presvedčení. Moshe Rozali, teoretik strún z University of British Columbia, zostáva skeptický voči PKG: „Dôvod, prečo na PKG nepracujem, je ten, že má problémy s SRT,“ hovorí. "Ak váš prístup nerešpektuje symetrie v špeciálnej teórii relativity od samého začiatku, budete potrebovať zázrak v jednom z medzikrokov." Podľa Rosalie však niektoré matematické nástroje, ktoré pochádzajú z PCG, môžu byť užitočné. „Nemyslím si, že je možné kombinovať PKG a teóriu strún. Ľudia však zvyčajne potrebujú metódy a v tomto zmysle sú si podobné. Matematické metódy sa môžu prekrývať.“
Tiež nie všetci prívrženci PCG očakávajú spojenie týchto dvoch teórií. Carlo Rovelli, fyzik na univerzite v Marseille a zakladateľ teórie PCG verí v dominanciu svojej teórie. „Strunná komunita nie je taká arogantná ako pred desiatimi rokmi, najmä po sklamaní z nedostatku supersymetrických častíc,“ hovorí. – Je možné, že tieto dve teórie môžu byť súčasťou jedného riešenia... ale myslím si, že je to nepravdepodobné. Podľa môjho názoru teória strún nesplnila to, čo sľubovala v 80. rokoch a je jednou z tých myšlienok, ktoré vyzerajú pekne, ale neopisujú skutočný svet, ktorého sú dejiny vedy plné. Nechápem, ako do nej ľudia môžu stále vkladať svoje nádeje."
Pullin sa domnieva, že je predčasné vyhlásiť víťazstvo: „Prívrženci PCG tvrdia, že ich teória je jediná správna. Na toto sa neprihlásim. Zdá sa mi, že obe teórie sú extrémne neúplné.“
Štítky: Pridajte štítky
Definícia 1
Slučková kvantová teória predstavuje poznanie slučkovej gravitácie kvánt. Jeho zakladateľmi boli takí vedci ako T. Jacobson, C. Rovelli, A. Ashtekar a L. Smolin.
Podstata slučkovej kvantovej teórie
Podľa tejto teórie čas a priestor pozostávajú z diskrétnych kvantových buniek, ktoré sú navzájom určitým spôsobom spojené. To im umožňuje vytvárať diskrétnu štruktúru na malých časových mierkach a na veľkých časových mierkach sa časový priestor stáva súvislým.
Priestor je teda tvorený veľmi malými bunkami, ktoré sú navzájom hladko spojené a tvoria nám okolitý priestor. V momentoch, keď tieto zväzky tvoria uzly a spletence, vznikajú elementárne častice.
Vďaka slučkovej kvantovej gravitácii sa vedcom podarilo zistiť skutočnosť, že počiatočná singularita mizne pod vplyvom kvantových efektov. Veľký tresk tak prestáva byť závojom tajomstva, za ktorý sa nedá pozerať. Veda nám teraz umožňuje pozrieť sa na udalosti, ktoré sa odohrali vo vesmíre pred ním.
Hlavnými objektmi v slučkovej kvantovej teórii sú špeciálne bunky priestoru, ktorých stav a správanie sú riadené určitým poľom, ktoré v nich existuje. Jeho hodnota sa pre takéto bunky stáva takzvaným „vnútorným časom“. Inými slovami, prechod zo slabého poľa na silnejšie predpokladá existenciu „minulosti“ schopnej ovplyvniť určitú „budúcnosť“.
V dôsledku toho teória prirovnáva priestor k atómom: čísla získané pri určovaní objemu tvoria diskrétnu množinu, ktorá umožňuje meniť objem v samostatných častiach. To zase zbavuje priestor kontinuity a umožňuje predstavu o jeho existencii vo formáte určitých kvantových jednotiek objemu a plochy.
Špecifiká slučkovej kvantovej teórie
V prípade opisu kvantových mechanických javov fyzici počítajú pravdepodobnosť rôznych procesov, ktoré za určitých okolností nastanú. To isté sa deje pri použití teórie slučkovej kvantovej gravitácie na opis zmien v geometrii priestoru alebo pohybu polí a častíc v spinovej sieti.
Poznámka 1
Vedec Thomas Tiemann dokázal odvodiť presné výrazy na určenie kvantovej pravdepodobnosti krokov spinovej siete. Konečným výsledkom takýchto výpočtov bol vznik jasnej metodiky výpočtu pravdepodobnosti akéhokoľvek procesu, ktorého vznik je pravdepodobný v tomto svete v rámci podriadenosti zákonom vyššie uvedenej teórie.
Teória relativity predpokladá vzájomnú neoddeliteľnosť času a priestoru a ich existenciu vo formáte jedného časopriestoru. Zavedením konceptu časopriestoru do slučkovej kvantovej teórie sa spinové siete, ktoré reprezentujú priestor, stávajú tým, čo sa nazýva "spin pena".
Keď je zahrnutý ešte jeden indikátor merania - čas - čiary spinovej siete sa rozširujú a transformujú na dvojrozmerné povrchy, zatiaľ čo uzly v čiare sa rozpúšťajú. Prechody, ktoré vyvolávajú zmeny v spinovej sieti, sú teraz prezentované vo forme špeciálnych uzlov, v rámci ktorých sú penové línie kombinované. Snímka prebiehajúceho procesu je vizuálne podobná obrázku prierezu dočasného priestoru.
Podobným plátkom spinovej peny je spinová sieť, ale netreba sa mýliť s pohybmi roviny plátku v kontinuálnom režime, podobnom plynulému toku času. Podobne ako pri procese definovania priestoru ako diskrétnej geometrie spinovej siete bude čas definovaný ako postupnosť jednotlivých krokov, ktoré sieť preusporiada.
Z toho možno vyvodiť určité závery:
- O diskrétnosti času, to znamená, že netečie ako rieka, ale skôr pripomína tikajúce hodiny, ktorých interval medzi tikotmi je približne rovnaký ako Planckov čas. Inými slovami, čas vo vesmíre je meraný nespočetnými hodinami: v oblasti, kde sa v rotujúcej pene uskutočňuje kvantový krok, hodiny produkujú jeden „tik“.
- Slučková kvantová gravitácia prispieva k charakteristickým predpovediam nových udalostí a javov. V skutočnosti sa považuje za úplne kompatibilnú s postulátom trojrozmerného sveta a jednej časovej dimenzie.
- Hoci je kompatibilný so širokou škálou rôznych verzií hmoty obsiahnutej vo svete, nevyžaduje symetrie, rozmery alebo stupne voľnosti okrem tých, ktoré skúmali vedci.
Zároveň existujú verzie slučkovej kvantovej gravitácie, ktoré zahŕňajú supersymetriu a rozširujú mnohé výsledky do vyšších dimenzií. Z tohto dôvodu, keď existujú náznaky prítomnosti supersymetrie alebo vyšších dimenzií, nevznikajú problémy pre kvantovú teóriu slučky. Namiesto toho budú na štruktúru priestoru na veľmi malé vzdialenosti platiť predpoklady gravitácie kvantovej slučky.
Slučková kvantová gravitácia teda predpokladá v skutočnosti prítomnosť hladkého obrazu časového priestoru klasickej všeobecnej relativity iba ako výsledok spriemerovania diskrétnej štruktúry, v rámci ktorej môžu mať oblasti a povrchy výlučne určité diskrétne kvantované hodnoty objemov a oblasti.
Poznámka 2
Slučková kvantová gravitácia umožňuje získať špecifické predpoklady pre diskrétnu geometriu kvánt (hovoríme o krátkych vzdialenostiach). Okrem toho sa takéto predpoklady začínajú vytvárať na základe prvých princípov, a preto vylučujú prvky úpravy.
V tomto zmysle majú prístupy v slučkovej kvantovej gravitácii určité rozdiely v porovnaní s inými prístupmi, ktoré postulujú nejakú formu diskrétnej štruktúry vo formáte východiskovej pozície a bez toho, aby ju odvodili ako dôsledok spojenia všeobecnej teórie relativity s kvantovou teóriou.
Rozdiely medzi teóriou strún a teóriou slučkovej kvantovej gravitácie
Vedci si všímajú zásadné rozdiely medzi slučkovou kvantovou teóriou a inými teóriami. Najmä teória superstrun. V druhom prípade sú hlavnými objektmi multidimenzionálne membrány a struny pohybujúce sa v čase a priestore, ktoré boli pre ne pôvodne pripravené. Táto teória nám zároveň neumožňuje pomenovať faktory vzniku tohto viacrozmerného priestoru.
Vyššie uvedené teórie sú založené na jednorozmerných rozšírených objektoch zodpovedajúcich svojou dualitou toku čiar kvantovaného poľa. Ich rozdiely sú pozorované v troch vzťahoch:
- Struny sú považované s vlastnosťou pohybu v klasickom formáte, ktorý sa vyznačuje pevným výberom metrík a iných klasických polí. Existencia slučiek sa môže posudzovať na základnej úrovni, kde chýbajú iné polia a klasická metrika.
- Meracie pole v prípade slučiek sa uvažuje vo formáte kalibračného poľa všetkých Lorentzových transformácií alebo len niektorých z nich. Pri otvorených reťazcoch bude takéto pole zodpovedať poľu Yang-Mills.
- Slučková kvantová gravitácia umožňuje kvantovanie bez zodpovedajúcich predpokladov. V skutočnosti, keďže globálna Lorentzova invariancia nepredstavuje symetriu klasickej všeobecnej teórie relativity, nemožno o nej uvažovať v prípadoch akejkoľvek exaktnej kvantizácie tejto teórie.
Zakladateľmi „slučkovej kvantovej teórie gravitácie“ v 80. rokoch 20. storočia sú Lee Smolin, Abey Ashtekar, Ted Jacobson (Angličtina) a Carlo Rovelli. Podľa tejto teórie priestor a čas pozostávajú z diskrétnych častí. Tieto malé kvantové bunky priestoru sú určitým spôsobom navzájom prepojené, takže na malých mierkach času a dĺžky vytvárajú pestrú, diskrétnu štruktúru priestoru a na veľkých mierkach sa plynule premieňajú na súvislý hladký časopriestor.
Slučková gravitácia a časticová fyzika
Jednou z výhod slučkovej kvantovej teórie gravitácie je prirodzenosť, s akou vysvetľuje Štandardný model časticovej fyziky.
Bilson-Thompson a spoluautori teda navrhli, že teória slučkovej kvantovej gravitácie by mohla reprodukovať Štandardný model automatickým zjednotením všetkých štyroch základných síl. Zároveň sa pomocou preónov, prezentovaných vo forme bradov (výpletov vláknitého časopriestoru), podarilo skonštruovať úspešný model prvej generácie fundamentálnych fermiónov (kvarkov a leptónov) s viac, resp. menej správna reprodukcia ich poplatkov a parít.
Pôvodný Bilson-Thompsonov článok navrhol, že fundamentálne fermióny druhej a tretej generácie by mohli byť reprezentované ako zložitejšie brady a fermióny prvej generácie ako najjednoduchšie možné brady, hoci neboli uvedené žiadne konkrétne reprezentácie komplexných bradlov. Predpokladá sa, že elektrický a farebný náboj, ako aj parita častíc patriacich generáciám vyššej kategórie, by sa mali získať presne rovnakým spôsobom ako v prípade častíc prvej generácie. Použitie kvantových výpočtových metód umožnilo ukázať, že častice tohto druhu sú stabilné a nerozkladajú sa pod vplyvom kvantových fluktuácií.
Páskové štruktúry v Bilson-Thompsonovom modeli sú reprezentované ako entity pozostávajúce z rovnakej hmoty ako samotný časopriestor. Hoci Bilson-Thompsonove články ukazujú, ako možno z týchto štruktúr získať fermióny a bozóny, nie je v nich diskutovaná otázka, ako by sa dal získať Higgsov bozón pomocou bradovania.
L. Freidel ( L. Freidel), J. Kowalski-Glickman ( J. Kowalski-Glikman) a A. Starodubtsev vo svojom článku z roku 2006 navrhli, že elementárne častice môžu byť reprezentované pomocou Wilsonových čiar gravitačného poľa, z čoho vyplýva, že vlastnosti častíc (ich hmotnosť, energia a spin) môžu zodpovedať vlastnostiam Wilsonových slučiek - základných objektov teórie slučkovej kvantovej gravitácie . Túto prácu možno považovať za ďalšiu teoretickú podporu pre Bilsonov-Thompsonov preonový model.
Použitie modelového formalizmu spin pena, ktorá priamo súvisí s teóriou slučkovej kvantovej gravitácie a len na základe jej počiatočných princípov je možné reprodukovať aj niektoré ďalšie častice Štandardného modelu, ako sú fotóny, gluóny a gravitóny – bez ohľadu na Bradsonovu charakteristiku. -Thompsonova schéma pre fermióny. Od roku 2006 však ešte nebolo možné skonštruovať modely helon pomocou tohto formalizmu. Model helon neobsahuje brady, ktoré by sa dali použiť na konštrukciu Higgsovho bozónu, ale v zásade tento model nepopiera možnosť existencie tohto bozónu vo forme akéhosi kompozitného systému. Bilson-Thompson poznamenáva, že keďže častice s väčšími hmotnosťami majú vo všeobecnosti zložitejšiu vnútornú štruktúru (vrátane skrútenia brady), táto štruktúra môže súvisieť s mechanizmom tvorby hmoty. Napríklad v Bilson-Thompsonovom modeli štruktúra fotónu s nulovou hmotnosťou zodpovedá nekrúteným bradám. Je pravda, že zostáva nejasné, či fotónový model získaný v rámci spinového penového formalizmu zodpovedá Bilson-Thompsonovmu fotónu, ktorý v jeho modeli pozostáva z troch nekrútených pásikov (je možné, že v rámci spinovej peny je možné skonštruovať niekoľko verzií fotónového modelu formalizmus).
Pôvodne sa pojem „preon“ používal na označenie bodových podčastíc zahrnutých v štruktúre fermiónov s polovičným spinom (leptóny a kvarky). Ako už bolo spomenuté, použitie bodových častíc vedie k hmotnostnému paradoxu. V Bilson-Thompsonovom modeli nie sú pásky „klasickými“ bodovými štruktúrami. Bilson-Thompson používa termín „preón“ na zachovanie kontinuity v terminológii, ale týmto termínom označuje širšiu triedu objektov, ktoré sú zložkami štruktúry kvarkov, leptónov a kalibračných bozónov.
Pre pochopenie Bilsonovho-Thompsonovho prístupu je dôležité, že v jeho preónovom modeli sú elementárne častice, ako je elektrón, opísané z hľadiska vlnových funkcií. Súčet kvantových stavov zvlákňovacej peny s koherentnými fázami je tiež opísaný v termínoch vlnovej funkcie. Je teda možné, že pomocou spinového penového formalizmu možno získať vlnové funkcie zodpovedajúce elementárnym časticiam (fotóny a elektróny). V súčasnosti je veľmi aktívnou oblasťou výskumu kombinácia teórie elementárnych častíc s teóriou slučkovej kvantovej gravitácie.
V októbri 2006 Bilson-Thompson upravil svoj článok a poznamenal, že hoci jeho model bol inšpirovaný preónovými modelmi, nie je preónom v prísnom zmysle slova, takže topologické diagramy z jeho preónového modelu sa pravdepodobne použijú v iných základných teóriách. , ako je napríklad M-teória. Teoretické obmedzenia kladené na preónové modely sa na jeho model nevzťahujú, keďže v ňom vlastnosti elementárnych častíc nevyplývajú z vlastností podčastíc, ale zo vzájomných spojení týchto podčastíc (brads). Jednou z možností je napríklad „vloženie“ preónov do M-teórie alebo do teórie slučkovej kvantovej gravitácie.
Sabine Hossenfelder navrhla zvážiť dvoch alternatívnych kandidátov na „teóriu všetkého“ – teóriu strún a slučkovú kvantovú gravitáciu – ako strany tej istej mince. Aby sa zaistilo, že slučková kvantová gravitácia nebude v rozpore so špeciálnou teóriou relativity, je potrebné zaviesť interakcie, ktoré sú podobné tým, ktoré sa zvažujú v teórii strún. .
Problémy teórie
V upravenej verzii svojho článku Bilson-Thompson pripúšťa, že nevyriešenými problémami v jeho modeli zostávajú hmotnostné spektrum častíc, spiny, Cabibbo miešanie a potreba prepojiť jeho model so zásadnejšími teóriami.
Neskoršia verzia článku popisuje dynamiku brads pomocou Pachnerových pohybov.
pozri tiež
Zdroje
Literatúra
Poznámky
- Smolin L. Atómy priestoru a času // Vo svete vedy. - 2004. - č. 4. - S. 18-25. – URL: http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/smolin_atomy/smolin_atomy.htm Archivovaná kópia z 23. februára 2009 na Wayback Machine
- , S. 219.
- S. Yu Alexandrov Lorentzova-kovariantná slučka kvantová gravitácia // TMF. - 2004. - t. 139, č. 3. - s. 363–380. - URL:
Slučková kvantová gravitačná teória
Čo sa stalo pred Veľkým treskom a odkiaľ prišiel čas?
V teórii kvantovej gravitácie sa hladký a súvislý priestor, na ktorý sme zvyknutí v ultra malých mierkach, ukazuje ako štruktúra s veľmi zložitou geometriou.(obrázok z www.aei.mpg.de)
O otázkach v názve sa fyzici zvyčajne nebavia, pretože neexistuje všeobecne akceptovaná teória, ktorá by na ne dala odpoveď. Nedávno však bolo v rámci slučkovej kvantovej gravitácie stále možné sledovať vývoj zjednodušeného modelu vesmíru späť v čase, až do okamihu Veľkého tresku, a dokonca sa zaň pozrieť. Po ceste sa ukázalo, ako presne vzniká čas v tomto modeli.
Pozorovania vesmíru ukazujú, že ani v tých najväčších mierkach nie je vôbec stacionárny, ale v priebehu času sa vyvíja. Ak na základe moderných teórií sledujeme tento vývoj späť v čase, ukáže sa, že v súčasnosti pozorovateľná časť vesmíru bola predtým teplejšia a kompaktnejšia ako teraz a začalo to Veľkým treskom - určitým procesom vznik vesmíru z jedinečnosti: špeciálna situácia, pre ktorú neplatia moderné fyzikálne zákony.
Fyzici nie sú spokojní s týmto stavom vecí: chcú pochopiť a samotný proces Veľký tresk. To je dôvod, prečo sa v súčasnosti robia početné pokusy skonštruovať teóriu, ktorá by bola aplikovateľná na túto situáciu. Keďže gravitácia bola najdôležitejšou silou v prvých okamihoch po Veľkom tresku, predpokladá sa, že dosiahnutie tohto cieľa je možné len v rámci ešte nerozvinutého kvantová teória gravitácie.
Kedysi fyzici dúfali, že kvantová gravitácia bude opísaná pomocou teórie superstrun, ale nedávna kríza v teóriách superstrun túto dôveru otriasla. V tejto situácii začali priťahovať viac pozornosti iné prístupy k popisu kvantovo-gravitačných javov, a to najmä slučková kvantová gravitácia.
Práve v rámci slučkovej kvantovej gravitácie bol nedávno získaný veľmi pôsobivý výsledok. Ukazuje sa, že kvôli kvantovým efektom počiatočná singularita zmizne. Veľký tresk prestáva byť zvláštnym bodom a je možné nielen sledovať jeho priebeh, ale aj nahliadnuť do toho, čo sa dialo pred Veľkým treskom. Súhrn týchto výsledkov bol nedávno publikovaný v A. Ashtekar, T. Pawlowski, P. Singh, Physical Review Letters, 96, 141301 (12. apríla 2006), dostupný aj ako gr-qc/0602086, a ich podrobné odvodenie je uvedené v druhý deň predtlač od tých istých autorov gr-qc/0604013.
Slučková kvantová gravitácia sa zásadne líši od konvenčných fyzikálnych teórií a dokonca aj od teórie superstrun. Objektmi teórie superstrun sú napríklad rôzne struny a viacrozmerné membrány, ktoré však prilietajú predvarené pre nich priestor a čas. Otázku, ako presne tento viacrozmerný časopriestor vznikol, nemožno v takejto teórii vyriešiť.
V slučkovej teórii gravitácie sú hlavnými objektmi malé kvantové bunky priestoru, ktoré sú navzájom prepojené určitým spôsobom. Zákon ich spojenia a ich stavu je riadený určitým poľom, ktoré v nich existuje. Hodnota tohto poľa je pre tieto bunky určitá „ vnútorný čas“: prechod zo slabého poľa na silnejšie vyzerá presne tak, ako keby existovala nejaká „minulosť“, ktorá by ovplyvnila nejakú „budúcnosť“. Tento zákon je navrhnutý tak, že pre dostatočne veľký vesmír s nízkou koncentráciou energie a (teda ďaleko od singularity) sa bunky zdanlivo „spájajú“ navzájom a vytvárajú „pevný“ časopriestor. to je nám známe.
Autori článku tvrdia, že toto všetko už stačí na vyriešenie problému, čo sa deje s Vesmírom, keď sa blíži k singularite. Riešenia rovníc, ktoré získali, ukázali, že pri extrémnom „stláčaní“ vesmíru sa priestor „rozptyľuje“, kvantová geometria neumožňuje zmenšiť jeho objem na nulu, nevyhnutne nastáva zastavenie a expanzia začína znova. Túto postupnosť stavov možno sledovať dopredu aj dozadu v „čase“, čo znamená, že v tejto teórii pred Veľkým treskom nevyhnutne existuje „Veľký tresk“ – kolaps „predchádzajúceho“ vesmíru. Navyše vlastnosti tohto predchádzajúceho vesmíru sa procesom kolapsu nestrácajú, ale sa jednoznačne prenášajú do nášho Vesmíru.
Popísané výpočty sú však založené na niektorých zjednodušujúcich predpokladoch o vlastnostiach univerzálneho poľa. Zdá sa, že všeobecné závery budú platiť aj bez takýchto predpokladov, no treba to ešte overiť. Bude mimoriadne zaujímavé sledovať ďalší vývoj týchto myšlienok.
Atómy priestoru a času
© Lee Smolin
"Vo svete vedy", apríl 2004
Lee Smolin
Ak je úžasná teória slučkovej kvantovej gravitácie správna, potom priestor a čas, ktoré vnímame ako spojité, sú v skutočnosti vyrobené z diskrétnych častíc.
Od staroveku niektorí filozofi a vedci navrhovali, že hmota môže byť zložená z malých atómov, ale pred 200 rokmi len málokto veril, že ich existenciu možno dokázať. Dnes pozorujeme jednotlivé atómy a študujeme častice, ktoré ich tvoria. Zrnitá štruktúra hmoty už pre nás nie je novinkou.
V posledných desaťročiach si fyzici a matematici kladú otázku: skladá sa priestor z diskrétnych častí? Je to naozaj súvislé alebo je to skôr kus látky utkaný z jednotlivých vlákien? Keby sme mohli pozorovať extrémne malé objekty, videli by sme atómy vesmíru, nedeliteľné drobné častice objemu? Ale čo čas: prebiehajú zmeny v prírode hladko alebo sa svet vyvíja malými skokmi a funguje ako počítač?
Za posledných 16 rokov sa vedci výrazne priblížili k odpovediam na tieto otázky. Podľa teórie s podivným názvom „slučková kvantová gravitácia“ sa priestor a čas skutočne skladajú z diskrétnych častí. Výpočty vykonané v rámci tohto konceptu vytvárajú jednoduchý a krásny obraz, ktorý nám pomáha vysvetliť záhadné javy spojené s čiernymi dierami a Veľkým treskom. Hlavnou výhodou spomínanej teórie je ale to, že v blízkej budúcnosti možno jej predpovede experimentálne overiť: odhalíme atómy vesmíru, či skutočne existujú.
Quanta
Spolu s mojimi kolegami sme vyvinuli teóriu slučkovej kvantovej gravitácie (LQG), pričom sme sa snažili vyvinúť dlho očakávanú kvantovú teóriu gravitácie. Aby som vysvetlil extrémny význam druhého a jeho vzťahu k diskrétnosti priestoru a času, musím sa trochu porozprávať o kvantovej teórii a teórii gravitácie.
Vznik kvantovej mechaniky v prvej štvrtine 20. storočia. bol spojený s dôkazom, že hmota pozostáva z atómov. Kvantové rovnice vyžadujú, aby určité veličiny, ako napríklad energie atómu, mohli nadobúdať iba určité diskrétne hodnoty. Kvantová mechanika presne popisuje vlastnosti a správanie atómov, elementárnych častíc a síl, ktoré ich viažu. Najúspešnejšia kvantová teória v dejinách vedy je základom nášho chápania chémie, atómovej a subatomárnej fyziky, elektroniky a dokonca aj biológie.
Počas rovnakých desaťročí ako kvantová mechanika vyvinul Albert Einstein všeobecnú teóriu relativity, ktorá je teóriou gravitácie. Podľa nej gravitačná sila vzniká v dôsledku ohýbania priestoru a času (ktoré spolu tvoria časopriestor) vplyvom hmoty. 
Predstavte si ťažkú guľu umiestnenú na gumenej plachte a malú guľu, ktorá sa valí v blízkosti tej veľkej. Gule možno považovať za Slnko a Zem a list za priestor. Ťažká guľa vytvorí v gumenej plachte priehlbinu, po ktorej sklone sa menšia gulička kotúľa k väčšej, akoby ju v tomto smere ťahala nejaká sila – gravitácia. Rovnakým spôsobom akákoľvek hmota alebo zhluk energie deformuje geometriu časopriestoru, priťahuje častice a svetelné lúče; Tento jav nazývame gravitácia.
Oddelene bola experimentálne overená kvantová mechanika a Einsteinova všeobecná teória relativity. Prípad, v ktorom by bolo možné testovať obe teórie súčasne, však nebol nikdy preskúmaný. Faktom je, že kvantové efekty sú viditeľné iba v malých mierkach a na to, aby boli účinky všeobecnej teórie relativity viditeľné, sú potrebné veľké hmotnosti. Kombinovať obe podmienky je možné len za výnimočných okolností.
Okrem nedostatku experimentálnych údajov je tu obrovský koncepčný problém: Einsteinova všeobecná teória relativity je úplne klasická, t.j. nekvantové. Na zabezpečenie logickej integrity fyziky je potrebná kvantová teória gravitácie, ktorá spája kvantovú mechaniku so všeobecnou teóriou relativity do kvantovej teórie časopriestoru.
Fyzici vyvinuli mnoho matematických postupov na transformáciu klasickej teórie na kvantovú. Mnohí vedci sa ich márne pokúšali aplikovať na všeobecnú teóriu relativity.
Výpočty uskutočnené v 60. a 70. rokoch 20. storočia ukázali, že kvantovú mechaniku a všeobecnú teóriu relativity nemožno skombinovať. Zdalo sa, že situáciu by mohlo zachrániť len zavedenie úplne nových postulátov, dodatočných častíc, polí či objektov iného druhu. Exotika jednotnej teórie by sa mala prejaviť len v tých výnimočných prípadoch, keď sa kvantovo mechanické aj gravitačné účinky stanú významnými. V snahe dosiahnuť kompromis sa zrodili také smery ako teória twistorov, nekomutatívna geometria a supergravitácia.
Medzi fyzikmi je veľmi populárna teória strún, podľa ktorej okrem troch známych priestorových dimenzií existuje ešte šesť alebo sedem ďalších, ktoré si ešte nikto nedokázal všimnúť. Teória strún tiež predpovedá existenciu mnohých nových elementárnych častíc a síl, ktoré neboli nikdy potvrdené pozorovaním. Niektorí vedci sa domnievajú, že je súčasťou takzvanej M-teórie, no, bohužiaľ, zatiaľ nebola navrhnutá žiadna presná definícia. Mnohí odborníci sú preto presvedčení, že by sa mali preskúmať dostupné alternatívy. Naša slučková kvantová teória gravitácie je z nich najrozvinutejšia.
Veľká diera
V polovici 80. rokov 20. storočia. Spolu s Abhayom Ashtekarom, Tedom Jacobsonom a Carlom Rovellim sme sa rozhodli opäť skúsiť zjednotiť kvantovú mechaniku a všeobecnú teóriu relativity pomocou štandardných metód. Faktom je, že v negatívnych výsledkoch získaných v 70. rokoch bola dôležitá medzera: výpočty predpokladali, že geometria priestoru je súvislá a hladká, bez ohľadu na to, do akej miery sme ju skúmali podrobne. Ľudia pred objavením atómov vnímali hmotu úplne rovnako.
Rozhodli sme sa teda opustiť koncept hladkého spojitého priestoru a nezaviesť žiadne iné hypotézy ako dobre overené experimentálne ustanovenia všeobecnej teórie relativity a kvantovej mechaniky. Naše výpočty boli založené najmä na dvoch kľúčových princípoch Einsteinovej teórie.
Prvá z nich – nezávislosť od prostredia – hlása, že geometria časopriestoru nie je pevná, ale je meniacou sa, dynamickou veličinou. Na určenie geometrie je potrebné vyriešiť sériu rovníc, ktoré zohľadňujú vplyv hmoty a energie a. Mimochodom, moderná teória strún nie je nezávislá od prostredia: rovnice popisujúce struny sú formulované v určitom klasickom (t. j. nekvantovom) časopriestore.
Druhý princíp, nazývaný „difeomorfná invariancia“, uvádza, že na zobrazenie časopriestoru a zostrojenie rovníc si môžeme vybrať ľubovoľný súradnicový systém. Bod v časopriestore je definovaný iba udalosťami, ktoré sa v ňom fyzicky vyskytujú, a nie jeho polohou v nejakom špeciálnom súradnicovom systéme (nie sú tam žiadne špeciálne súradnice). Difeomorfná invariancia je mimoriadne dôležitá základná pozícia všeobecnej teórie relativity.
Opatrnou kombináciou oboch princípov so štandardnými metódami kvantovej mechaniky sme vyvinuli matematický jazyk, ktorý nám umožnil vykonať potrebné výpočty na určenie, či je priestor diskrétny alebo spojitý. Na naše potešenie výpočty ukázali, že priestor je kvantovaný! Takto sme položili základ pre teóriu slučkovej kvantovej gravitácie. Mimochodom, termín "slučka" bol vytvorený, pretože niektoré výpočty zahŕňali malé slučky izolované v časopriestore.
Mnohí fyzici a matematici overili naše výpočty rôznymi metódami. V posledných rokoch sa teória slučkovej kvantovej gravitácie posilnila vďaka úsiliu vedcov z celého sveta. Vykonaná práca nám umožňuje dôverovať obrazu časopriestoru, ktorý popíšem nižšie.
Naša kvantová teória je o štruktúre časopriestoru v najmenších mierkach a na jej pochopenie sa musíme pozrieť na jej predpovede pre malú oblasť alebo objem. Keď sa zaoberáme kvantovou fyzikou, je dôležité určiť, ktoré fyzikálne veličiny je potrebné merať. Predstavte si určitú oblasť označenú hranicou B (pozri obrázok nižšie), ktorá môže byť definovaná hmotným objektom (napríklad liatinovým plášťom) alebo priamo geometriou časopriestoru (napríklad horizontom udalostí v prípade čiernej diery). Čo sa stane, keď zmeriame objem opísanej plochy? Aké sú možné výsledky, ktoré umožňuje kvantová teória a difeomorfná invariancia? Ak je geometria priestoru spojitá, potom môže mať príslušná oblasť akúkoľvek veľkosť a jej objem môže byť vyjadrený akýmkoľvek skutočným kladným číslom, najmä ľubovoľne blízkym nule. Ak je však geometria zrnitá, potom výsledok merania môže patriť iba do diskrétnej sady čísel a nemôže byť menší ako určitý minimálny možný objem. Spomeňme si, akú energiu môže mať elektrón obiehajúci okolo atómového jadra? V rámci klasickej fyziky - akákoľvek, ale kvantová mechanika umožňuje iba určité, prísne fixné diskrétne hodnoty energie a. Rozdiel je rovnaký ako medzi meraním objemu kvapaliny tvoriacej súvislý tok (z pohľadu vedcov 18. storočia) a určením množstva vody, ktorej atómy možno spočítať.
Podľa teórie slučkovej kvantovej gravitácie je priestor ako atómy: čísla získané meraním objemu tvoria diskrétnu množinu, t.j. objem sa mení v jednotlivých porciách. Ďalšou veličinou, ktorú možno merať, je oblasť hranice B, ktorá sa tiež ukáže ako diskrétna. Inými slovami, priestor nie je spojitý a pozostáva z určitých kvantových jednotiek plochy a objemu.
Možné hodnoty objemu a plochy sú merané v jednotkách odvodených od Planckovej dĺžky, ktorá súvisí s gravitačnou silou, veľkosťou kvánt a rýchlosťou svetla. Dĺžka planku je veľmi malá: 10 -33 cm; určuje mierku, v ktorej geometriu priestoru už nemožno považovať za spojitú. Najmenšia možná nenulová plocha sa približne rovná štvorcu Planckovej dĺžky alebo 10-66 cm2. Najmenší možný objem okrem nuly je kocka s Planckovou dĺžkou alebo 10 -99 cm 3 . Podľa teórie teda každý kubický centimeter priestoru obsahuje približne 10 99 atómov objemu. Objemové kvantum je také malé, že vo viditeľnom vesmíre je viac takýchto kvánt v kubickom centimetri ako kubických centimetroch (10 85).
Spin siete
Ako vyzerajú objemové a plošné kvantá? Možno sa priestor skladá z veľkého množstva malých kociek alebo gúľ? Nie, nie je to také jednoduché. Kvantové stavy objemu a plochy zobrazujeme vo forme diagramov, ktoré nie sú bez svojej krásy. Predstavte si oblasť priestoru v tvare kocky (pozri obrázok nižšie Kroky a pena
Častice a polia nie sú jediné pohybujúce sa objekty. Podľa všeobecnej teórie relativity, keď sa hmota a energia pohybujú, priestor sa mení, dokonca ním môžu prechádzať vlny ako vlnky na jazere. V teórii slučkovej kvantovej gravitácie sú takéto procesy reprezentované diskrétnymi transformáciami spinovej siete, pri ktorých sa konektivita grafov mení krok za krokom (pozri obrázok nižšie).
Pri opise kvantových mechanických javov fyzici počítajú pravdepodobnosť rôznych procesov. To isté robíme, keď používame teóriu slučkovej kvantovej gravitácie na opis zmeny geometrie priestoru alebo pohybu častíc a polí v spinovej sieti. Thomas Thiemann z Inštitútu pre teoretickú fyziku vo Waterloo odvodil presné výrazy na výpočet kvantovej pravdepodobnosti krokov spinovej siete. V dôsledku toho sa objavil jasný postup na výpočet pravdepodobnosti akéhokoľvek procesu, ktorý môže nastať vo svete, ktorý sa riadi pravidlami našej teraz plne sformovanej teórie. Zostáva len vypočítať a predpovedať, čo možno pozorovať v určitých experimentoch.
V teórii relativity sú priestor a čas neoddeliteľné a predstavujú jeden časopriestor. Keď sa koncept časopriestoru zavedie do teórie slučkovej kvantovej gravitácie, spinové siete reprezentujúce priestor sa premenia na takzvanú spinovú penu. S pridaním ďalšej dimenzie - času - sa línie spinovej siete rozširujú a stávajú sa dvojrozmernými plochami a uzly sa rozťahujú do línií. Prechody, pri ktorých sa mení spinová sieť (kroky opísané vyššie), sú teraz reprezentované uzlami, kde sa penové línie zbiehajú. Pohľad na časopriestor ako rotujúcu penu navrhli viacerí výskumníci vrátane Carla Rovelliho, Mikea Reisenbergera, Johna Barretta, Louisa Cranea, Johna Baeza) a Fotini Markopoulou.
Snímka toho, čo sa deje, je ako prierez časopriestorom. Podobný plátok spinovej peny predstavuje spinovú sieť. Nenechajte sa však pomýliť, že rovina rezu sa neustále pohybuje ako plynulý tok času. Rovnako ako priestor je definovaný diskrétnou geometriou spinovej siete, čas je definovaný sekvenciou jednotlivých krokov, ktoré preusporiadajú sieť (pozri obrázok na strane 55). Čas je teda tiež diskrétny. Čas neplynie ako rieka, ale tika ako hodiny. Interval medzi „tikmi“ sa približne rovná Planckovmu času alebo 10 -43 s. Presnejšie povedané, čas v našom vesmíre sa meria nespočetnými hodinami: tam, kde v rotujúcej pene dôjde ku kvantovému kroku, hodiny vyvolajú jeden „tik“.
Predpovede a testy
Teória slučkovej kvantovej gravitácie opisuje priestor a čas na Planckovej stupnici, ktorá je pre nás príliš malá. Ako to teda otestujeme? Po prvé, je veľmi dôležité zistiť, či možno klasickú všeobecnú teóriu relativity odvodiť ako aproximáciu slučkovej kvantovej gravitácie. Inými slovami, ak sú spinové siete ako vlákna, z ktorých je tkanina utkaná, potom je otázkou, či bude možné správne vypočítať elastické vlastnosti kusu materiálu spriemerovaním z tisícok vlákien. Dostaneme popis „hladkej štruktúry“ klasického Einsteinovho priestoru, ak spriemerujeme spinovú sieť na mnohých Planckových dĺžkach? Nedávno vedci úspešne vyriešili tento zložitý problém pre niekoľko špeciálnych prípadov, takpovediac pre určité materiálové konfigurácie. Napríklad nízkofrekvenčné gravitačné vlny šíriace sa v plochom (nezakrivenom) priestore možno považovať za excitáciu určitých kvantových stavov opísaných v súlade s teóriou slučkovej kvantovej gravitácie.
Dobrý test slučkovej kvantovej gravitácie sa ukázal byť jednou z dlhodobých záhad termodynamiky čiernych dier a najmä ich entropie. Fyzici vyvinuli termodynamický model čiernej diery, pričom sa opierajú o hybridnú teóriu, v ktorej sa hmota spracováva kvantovo mechanicky, ale časopriestor nie. Najmä v 70. rokoch 20. storočia. Jacob D. Bekenstein odvodil, že entropia čiernej diery je úmerná jej povrchu (pozri článok „Informácie v holografickom vesmíre“, „Vo svete vedy“, č. 11, 2003). Stephen Hawking čoskoro dospel k záveru, že čierne diery, najmä tie malé, by mali vyžarovať žiarenie.
Na vykonanie podobných výpočtov v rámci teórie slučkovej kvantovej gravitácie považujeme hranicu oblasti B za horizont udalostí čiernej diery. Analýzou entropie zodpovedajúcich kvantových stavov získame presne Bekensteinovu predpoveď. S rovnakým úspechom naša teória nielenže reprodukuje Hawkingovu predpoveď o žiarení čiernej diery, ale umožňuje nám aj opísať jej jemnú štruktúru. Ak sa niekedy podarí pozorovať mikroskopickú čiernu dieru, teoretické predpovede by mohli byť testované štúdiom jej emisného spektra.
Všeobecne povedané, každé experimentálne overenie teórie slučkovej kvantovej gravitácie je spojené s obrovskými technickými ťažkosťami. Charakteristické efekty opísané teóriou sa stávajú významnými až na Planckovej dĺžkovej škále, ktorá je o 16 rádov menšia, ako je možné v blízkej budúcnosti študovať na najvýkonnejších urýchľovačoch (štúdium menších mierok vyžaduje vyššiu energiu).
Vedci však nedávno navrhli niekoľko dostupných spôsobov, ako otestovať slučkovú kvantovú gravitáciu. Vlnová dĺžka svetla šíriaceho sa v médiu podlieha skresleniu, čo vedie k lomu a rozptylu lúčov. Podobné metamorfózy sa vyskytujú pri pohybe svetla a častíc cez diskrétny priestor opísaný spinovou sieťou.
Bohužiaľ, veľkosť spomínaných účinkov je úmerná pomeru Planckovej dĺžky k vlnovej dĺžke. Pre viditeľné svetlo nepresahuje 10 -28 a pre kozmické žiarenie s najvyššou energiou je to asi jedna miliardtina. Inými slovami, zrnitosť štruktúry vesmíru má extrémne slabý vplyv na takmer akékoľvek pozorovateľné žiarenie. Ale čím väčšia je vzdialenosť, ktorú svetlo prejde, tým výraznejšie sú dôsledky diskrétnosti siete spinov. Moderné vybavenie nám umožňuje detekovať žiarenie gama zábleskov, ktoré sa nachádzajú miliardy svetelných rokov ďaleko (pozri článok „Najjasnejšie explózie vo vesmíre“, „Vo svete vedy“, č. 4, 2003).
Rodolfo Gambini a Jorge Pullin pomocou teórie slučkovej kvantovej gravitácie zistili, že fotóny rôznych energií by sa mali pohybovať mierne odlišnou rýchlosťou a dostať sa k pozorovateľovi v rôznych časoch (pozri obrázok nižšie). Satelitné pozorovania gama zábleskov nám to pomôžu otestovať. Presnosť moderných prístrojov je 1000-krát nižšia, ako je potrebné, no už v roku 2006 bude spustené satelitné observatórium GLAST, ktorého presné vybavenie umožní uskutočniť dlho očakávaný experiment.
Je tu rozpor s teóriou relativity, ktorá predpokladá stálosť rýchlosti svetla? Spolu s Giovanni Amelino-Camelia a Joao Magueijo sme vyvinuli upravené verzie Einsteinovej teórie, ktoré umožňujú existenciu vysokoenergetických fotónov, ktoré sa pohybujú rôznymi rýchlosťami. Pre nízkoenergetické fotóny zasa platí stálosť rýchlosti, t.j. na dlhovlnné svetlo.
Ďalší možný prejav diskrétnosti časopriestoru je spojený s kozmickým žiarením veľmi vysokej energie a. Pred viac ako 30 rokmi vedci zistili, že protóny kozmického žiarenia s energiou vyššou ako 3 * 10 19 eV by mali byť rozptýlené kozmickým mikrovlnným pozadím, ktoré vyplňuje priestor, a preto nikdy nedosiahnu Zem. Japonský experiment AGASA však zaznamenal viac ako 10 udalostí s kozmickým žiarením ešte vyššej energie a. Ukázalo sa, že diskrétnosť priestoru zvyšuje energiu potrebnú na disperznú reakciu a umožňuje vysokoenergetickým protónom navštíviť našu planétu. Ak sa potvrdia pozorovania japonských vedcov a nenájde sa žiadne iné vysvetlenie, potom môžeme predpokladať, že diskrétnosť vesmíru bola experimentálne potvrdená.
Priestor
Teória slučkovej kvantovej gravitácie nás núti k novému pohľadu na vznik vesmíru a pomáha nám predstaviť si, čo sa stalo bezprostredne po Veľkom tresku. V súlade so všeobecnou teóriou relativity došlo k úplne prvému, nulovému časovému okamihu v histórii vesmíru, čo nie je v súlade s kvantovou fyzikou. Výpočty Martina Bojowalda založené na teórii slučky kvantovej gravitácie naznačujú, že Veľký tresk bol v skutočnosti Veľkým odrazom, pretože vesmír sa pred ním rýchlo zrútil. Teoretici už pracujú na nových modeloch raných štádií vývoja vesmíru, ktoré budú čoskoro testované v kozmologických pozorovaniach. Je možné, že vy a ja budeme mať to šťastie, že zistíme, čo sa stalo pred Veľkým treskom.
Nemenej závažná je otázka kozmologickej konštanty: je hustota energie u prestupujúca „prázdnym“ priestorom pozitívna alebo negatívna? Pozorovania kozmického mikrovlnného pozadia a vzdialených supernov naznačujú, že existuje temná energia. Navyše je to pozitívne, pretože vesmír sa zrýchľuje. Z hľadiska teórie slučkovej kvantovej gravitácie tu nie je žiadny rozpor: už v roku 1990 zostavil Hideo Kodama rovnice, ktoré presne opisujú kvantový stav vesmíru s kladnou kozmologickou konštantou.
Množstvo otázok, vrátane čisto technických, ešte nebolo vyriešených. Aké úpravy by sa mali vykonať v špeciálnej teórii relativity pri extrémne vysokých energiách (ak existujú)? Pomôže teória slučkovej kvantovej gravitácie dokázať, že rôzne sily, vrátane gravitácie, sú aspektmi jedinej základnej sily?
Slučková kvantová gravitácia je možno skutočne kvantovou všeobecnou teóriou relativity, pretože nie je založená na žiadnych ďalších predpokladoch okrem základných princípov kvantovej mechaniky a Einsteinovej teórie. Záver o diskrétnosti časopriestoru opísanej spinovou penou vyplýva priamo zo samotnej teórie a nie je zavedený ako postulát.
Všetko, o čom som tu hovoril, je však teória. Možno je priestor skutočne hladký a súvislý v akejkoľvek mierke, bez ohľadu na to, aký je malý. Potom budú musieť fyzici zaviesť ďalšie radikálne postuláty, ako v prípade teórie strún. A keďže o všetkom napokon rozhodne experiment, mám dobrú správu – situácia sa môže v blízkej budúcnosti vyjasniť.
Doplnková literatúra:
 |  |  |  |
HLAVNÝ ZÁVER teórie slučkovej kvantovej gravitácie sa týka objemov a plôch. Uvažujme oblasť priestoru obmedzenú sférickým plášťom B (pozri vyššie). Podľa klasickej (nekvantovej) fyziky môže byť jeho objem vyjadrený akýmkoľvek reálnym kladným číslom. Podľa teórie slučkovej kvantovej gravitácie však existuje nenulový absolútny najmenší objem (približne rovný tretej mocnine Planckovej dĺžky, t.j. 10 99 cm 3) a hodnoty väčších objemov sú diskrétne série. čísel. Podobne existuje nenulová minimálna plocha (približne štvorec Planckovej dĺžky alebo 10 66 cm 2 ) a diskrétny rozsah väčších povolených plôch. Diskrétne spektrá prípustných kvantových oblastí (vľavo) a kvantových objemov (v strede) sú vo všeobecnosti podobné diskrétnym kvantovým energetickým hladinám atómu vodíka (vpravo).
 |
 |
DIAGRAMY ZVANÉ SIETE SPINU sa používajú na reprezentáciu kvantových stavov priestoru v mierke minimálnej dĺžky. Napríklad kocka (a) je objem obklopený šiestimi štvorcovými plochami. Príslušná spinová sieť (b) obsahuje bod (uzol) predstavujúci objem a šesť čiar reprezentujúcich hrany. Číslo vedľa uzla označuje objem a číslo vedľa čiary označuje oblasť zodpovedajúcej tváre. V posudzovanom prípade sa objem rovná ôsmim kubickým Planckovým jednotkám a každá z plôch má plochu štyroch štvorcových Planckových jednotiek. (Pravidlá kvantovej gravitácie slučky obmedzujú prípustné hodnoty objemov a plôch na určité hodnoty: na čiarach a uzloch je možné umiestniť iba určité kombinácie čísel.)
Ak je pyramída (c) umiestnená na hornej strane kocky, potom čiara predstavujúca túto plochu v sieti spinov musí spájať uzol kocky s uzlom pyramídy (d). Čiary zodpovedajúce štyrom voľným stranám pyramídy a piatim voľným stranám kocky by mali siahať od príslušných uzlov. (Pre zjednodušenie diagramu boli vynechané čísla.)
Vo všeobecnosti je v spinovej sieti jedno plošné kvantum znázornené jednou čiarou (e) a oblasť zložená z mnohých kvánt je označená mnohými čiarami (f). Podobne jedno objemové kvantum je reprezentované jedným uzlom (g), zatiaľ čo väčší objem obsahuje veľa uzlov (h) Objem vo vnútri guľového obalu je teda daný súčtom všetkých uzlov v ňom obsiahnutých a plocha povrchu je rovná súčtu všetkých čiar prechádzajúcich hranicou kraja.
Spinové siete sú zásadnejšie ako konštrukcie mnohostenov: akákoľvek kombinácia mnohostenov môže byť reprezentovaná zodpovedajúcim diagramom, ale niektoré pravidelné spinové siete predstavujú kombinácie objemov a plôch, ktoré nemožno zostrojiť z mnohostenov. Takéto spinové siete vznikajú, keď je priestor zakrivený silnými gravitačnými poľami alebo kvantovými fluktuáciami geometrie v Planckových mierkach.
ZMENA FORMY priestoru, keď sa v ňom pohybuje hmota a energia a keď ním prechádzajú gravitačné vlny, je znázornená diskrétnymi prestavbami, krokmi spinovej siete. Na obr. a spojená skupina troch objemových kvánt sa spája do jednej; Je možný aj opačný proces. Na obr. b dva zväzky zdieľajú priestor a sú spojené so susednými zväzkami iným spôsobom. Keď sú zobrazené ako mnohosteny, dva mnohosteny sú spojené pozdĺž ich spoločnej strany a potom rozdelené, ako keď sú kryštály rozdelené pozdĺž inej roviny. K takýmto krokom v spinovej sieti dochádza nielen pri veľkých zmenách geometrie priestoru, ale aj pri kontinuálnych kvantových fluktuáciách na Planckovej stupnici.
Ďalším spôsobom znázornenia krokov je pridať do diagramu ďalší rozmer – čas. Výsledkom je odstredivá pena (c). Čiary spinovej siete sa stávajú rovinami a uzly sa menia na čiary. Plátok spinovej peny v určitom časovom bode predstavuje spinovú sieť. Po vykonaní série takýchto strihov získame políčka filmu vypovedajúce o vývoji siete spinov v čase (d). Všimnite si však, že evolúcia, ktorá sa na prvý pohľad zdá byť plynulá a nepretržitá, v skutočnosti prebieha prudko. Všetky spinové siete obsahujúce oranžovú čiaru (prvé tri rámčeky) zobrazujú presne rovnakú geometriu priestoru. Na dĺžke čiar nezáleží - pre geometriu je dôležité len to, ako sú čiary spojené a aké číslo má každá z nich označené s. To určuje relatívnu polohu a veľkosť objemových a plošných kvánt. Takže na obr. d, počas prvých troch snímok zostáva geometria konštantná - 3 objemové kvantá a 6 plošné kvantá. Potom sa priestor náhle zmení: zostane 1 objemové kvantum a 3 plošné kvantá, ako je znázornené na poslednom snímku. Čas určený odstredivou penou sa teda nemení kontinuálne, ale v slede náhlych diskrétnych krokov.
A hoci sú kvôli prehľadnosti takéto sekvencie zobrazené ako filmové políčka, je správnejšie považovať vývoj geometrie za diskrétne klopanie hodín. Jedným „zaškrtnutím“ je oranžové kvantum plochy; nabudúce zmizol: v skutočnosti jeho zmiznutie definuje „kliešť“. Interval medzi po sebe nasledujúcimi „tikmi“ sa približne rovná Planckovmu času (10 -43 s), ale čas medzi nimi neexistuje; nemôže byť „medzi“, rovnako ako medzi dvoma susednými molekulami H2O nie je voda.
KEĎ dôjde k záblesku gama žiarenia vo vzdialenosti MILIARDY svetelných rokov, okamžitá explózia vyprodukuje obrovské množstvo gama žiarenia. V súlade s teóriou slučkovej kvantovej gravitácie fotón pohybujúci sa po spinovej sieti zaberá v každom časovom okamihu niekoľko čiar, t.j. nejaký priestor (v skutočnosti existuje veľa čiar na kvantum svetla a nie päť, ako je znázornené na obrázku). Diskrétna povaha priestoru spôsobuje, že gama lúče majú vyššiu energiu a pohybujú sa o niečo rýchlejšie. Rozdiel je zanedbateľný, ale počas cestovania vesmírom sa efekt kumuluje v priebehu miliárd rokov. Ak gama lúče rôznych energií generované počas výbuchu dorazia na Zem v rôznych časoch, svedčí to v prospech teórie slučkovej kvantovej gravitácie Na rok 2006 je naplánovaný štart družice GLAST, na ktorej palube bude vybavená dostatočne citlivým zariadenie na detekciu disperzného žiarenia gama.
Ekológia poznania: „Len si myslím, že v teórii strún sa stalo príliš veľa dobrých vecí na to, aby to bolo úplne nesprávne. Ľudia tomu veľmi nerozumejú, ale ja jednoducho neverím v obrovský kozmický dizajn, ktorý vznikol
„Len si myslím, že v teórii strún sa stalo príliš veľa dobrých vecí na to, aby to bolo úplne nesprávne. Ľudia tomu veľmi nerozumejú, ale ja jednoducho neverím v gigantický kozmický dizajn, ktorý vytvoril túto neuveriteľnú vec a že to nemá nič spoločné so skutočným svetom,“ povedal raz Edward Whitten.
Bezpochyby, z matematického hľadiska, nie je núdza o neuveriteľné, krásne a elegantné teórie. Ale nie všetky sú vhodné pre náš fyzický Vesmír. Zdá sa, že na každý geniálny nápad, ktorý presne popisuje to, čo môžeme pozorovať a merať, existuje aspoň jeden geniálny nápad, ktorý sa snaží opísať tie isté veci, no zostáva v podstate nesprávny. Minulý týždeň sme položili otázku, ktorá sa scvrkáva na niečo takéto.
Kvantová gravitácia. Zaujímalo by nás, či sa v tejto oblasti za posledných päť až desať rokov dosiahol nejaký pokrok. Nám obyčajným smrteľníkom sa zdá, že toto pole trochu uviazlo a teória strún začala upadať do zabudnutia, keďže je ťažko testovateľná a má 10^500 možných riešení. Je to pravda, alebo sa niekde v zákulisí deje nejaký pokrok, ktorému tlač jednoducho nevenuje pozornosť?
Po prvé, stojí za to nakresliť veľkú čiaru medzi myšlienkou kvantovej gravitácie, riešením teórie strún (alebo navrhovaným riešením) a inými alternatívami.
Začnime s Vesmírom, ktorý poznáme a milujeme. Na jednej strane je všeobecná teória relativity, naša teória gravitácie. Tvrdí, že namiesto toho, aby to bola jednoduchá akcia na diaľku, ako odkázal Newton, so všetkými hmotami na všetkých miestach navzájom pôsobiacimi silami v nepriamom pomere k druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi, je založená na jemnejšom mechanizme.
Hmotnosť, ako Einstein stanovil s princípom ekvivalencie a E=mc^2 v roku 1907, bola formou energie vo vesmíre. Táto energia zase ohýba samotnú štruktúru časopriestoru, mení dráhu všetkých objektov a mení to, čo môže pozorovateľ pozorovať ako karteziánsku mriežku. Objekty nie sú urýchľované neviditeľnou silou, ale cestujú po dráhe určenej vplyvom všetkých rôznych foriem energie vo vesmíre.
Toto je gravitácia.
Na druhej strane máme iné prírodné zákony: kvantové. Existuje elektromagnetizmus, ktorý je zodpovedný za elektricky nabité častice, ich pohyb a ktorý je popísaný fotónom nosiča sily, ktorý v týchto interakciách funguje ako sprostredkovateľ a dáva nám javy, ktoré si spájame s elektrostatikou a magnetizmom. Existujú tiež dve jadrové sily: slabá jadrová sila, ktorá je zodpovedná za javy ako rádioaktívny rozpad, a silná jadrová sila, ktorá drží atómové jadrá pohromade a umožňuje existenciu protónov a neutrónov.
Výpočty týchto síl sa zvyčajne vyskytujú v plochom časopriestore, kde každý študent začína štúdium kvantovej teórie poľa. Ale to nestačí, keď sme prítomní v zakrivenom priestore, ako to diktuje všeobecná relativita.
"Takže," poviete, "uskutočníme naše výpočty teórie poľa na pozadí zakriveného priestoru!" Toto je známe ako poloklasická gravitácia a tento typ výpočtu nám umožňuje vypočítať veci ako Hawkingovo žiarenie. Ale aj to je dostupné len na horizonte samotnej čiernej diery a nie tam, kde bude gravitácia v celej svojej kráse. Existuje mnoho fyzikálnych prípadov, v ktorých by sme mali úžitok z kvantovej teórie gravitácie, a všetky zahŕňajú gravitačnú fyziku v najmenších mierkach, na malé vzdialenosti.
Čo sa napríklad deje v centrálnych oblastiach čiernych dier? Môžete si myslieť: „Ach, je tu singularita,“ ale singularita nie je ani tak bod s nekonečnou hustotou, ako skôr prípad, keď matematický nástroj všeobecnej teórie relativity chrlí nezmyselné odpovede na otázky o potenciáloch a silách. Čo sa stane, keď elektrón prejde cez dvojitú štrbinu? Prechádza gravitačné pole oboma štrbinami? Alebo po jednej? Všeobecná teória relativity o tom nič nehovorí.
Verí sa, že musí existovať kvantová teória gravitácie, ktorá vysvetlí tieto a ďalšie problémy spojené s „hladkou“ teóriou gravitácie, akou je všeobecná teória relativity. Aby sme vysvetlili, čo sa deje na krátke vzdialenosti v prítomnosti zdrojov gravitácie – alebo hmôt – potrebujeme kvantovú, diskrétnu, a teda časticovú teóriu gravitácie.
Vďaka vlastnostiam samotnej všeobecnej relativity už niečo vieme.
Známe kvantové sily sú určené pôsobením častíc známych ako bozóny alebo častice s celočíselným spinom. Fotóny sprostredkúvajú elektromagnetickú silu, bozóny W a Z slabú jadrovú silu a gluóny silnú jadrovú silu. Všetky tieto častice majú spin 1 a pre masívne častice môže byť spin -1, 0 alebo +1, zatiaľ čo pre bezhmotné častice (ako gluóny a fotóny) môže byť iba -1 alebo +1.
Higgsov bozón je tiež bozón, ale nepôsobí ako sprostredkovateľ síl a má spin 0. Pokiaľ vieme gravitáciu - GTR je tenzorová teória gravitácie - jej sprostredkovateľom by mala byť bezhmotná častica so spinom 2 , čo znamená, že jeho rotácia môže nadobudnúť iba hodnotu -2 alebo +2.
Ukazuje sa, že o kvantovej teórii gravitácie niečo vieme ešte skôr, ako sa ju pokúsime sformulovať. Vieme to, pretože nech je kvantová teória gravitácie akákoľvek, musí byť v súlade so Všeobecnou teóriou relativity, keď sa zaoberáme nie najmenšími vzdialenosťami k masívnym časticiam alebo objektom, rovnako ako Všeobecná teória relativity musí byť zredukovaná na newtonovskú gravitáciu v režime slabého poľa. .
Veľkou otázkou, samozrejme, je, ako to urobiť. Ako kvantovať gravitáciu tak, aby bola správna (pri opise reality), korelovala so všeobecnou teóriou relativity a QFT a viedla k vypočítateľným predpovediam nových javov, ktoré možno pozorovať, merať alebo overovať.
Vedúcim uchádzačom, ako viete, je teória strún.
Teória strún je zaujímavý odbor, ktorý zahŕňa všetky štandardné modely polí a častíc, fermiónov a bozónov. Zahŕňa 10-rozmernú tenzorovo-skalárnu teóriu gravitácie: s 9 priestorovými a 1 časovým rozmerom a parametrom skalárneho poľa. Ak odstránime šesť z týchto priestorových dimenzií (cez nie úplne pochopený proces, ktorý ľudia nazývajú kompaktifikácia) a necháme parameter (ω), ktorý definuje skalárnu interakciu, ísť do nekonečna, môžeme obnoviť všeobecnú relativitu.
Teória strún má však množstvo fenomenologických problémov. Jedným z nich je, že teória predpokladá obrovské množstvo nových častíc, vrátane všetkých supersymetrických, ktoré sme ešte neobjavili. Tvrdí, že nie sú potrebné „voľné parametre“, ktoré má Štandardný model (pre hmotnosti častíc), ale nahrádza tento problém ešte horším. Keď hovoríme o 10^500 možných riešeniach, tieto riešenia sa týkajú očakávaných hodnôt reťazcových polí a neexistuje žiadny mechanizmus na ich rekonštrukciu; aby teória strún fungovala, museli by ste sa vzdať dynamiky a jednoducho povedať „muselo to byť antropicky vybrané“.
Teória strún však nie je jediným hráčom v tejto oblasti.
Slučková kvantová gravitácia
PKG je zaujímavý spôsob, ako sa na problém pozrieť: namiesto pokusu o kvantovanie častíc PKG tvrdí, že samotný priestor je diskrétny. Ako je gravitácia zvyčajne reprezentovaná: natiahnutá plachta s bowlingovou guľou v strede. Vieme tiež, že list je zvyčajne kvantovaný, to znamená, že sa skladá z molekúl, ktoré sa skladajú z atómov, ktoré sa skladajú z jadier (kvarkov a gluónov) a elektrónov.
Priestor môže byť rovnaký! Keďže pôsobí ako tkanina, pozostáva z konečných kvantovaných prvkov. A možno tkané zo „slučiek“, odkiaľ pochádza aj jeho názov. Spojte tieto slučky dohromady a získate sieť predstavujúcu kvantový stav gravitačného poľa. Podľa tohto obrázku sa kvantuje nielen hmota, ale aj samotný priestor. Táto vedecká oblasť sa stále aktívne rozvíja.
Asymptoticky bezpečná gravitácia
Asymptotická sloboda bola vyvinutá v 70. rokoch 20. storočia, aby vysvetlila nezvyčajnú povahu silnej sily: bola to veľmi slabá sila na extrémne krátke vzdialenosti, ktorá sa stávala silnejšou, keď sa nabité častice stále viac od seba vzďaľovali. Na rozdiel od elektromagnetizmu, ktorý mal malú interakčnú konštantu, silná interakcia mala veľkú. Kvôli niektorým zaujímavým vlastnostiam kvantovej chromodynamiky, ak sa spojíte s neutrálnym (farebným) systémom, sila interakcie rýchlo klesne. Dalo by sa to vysvetliť fyzikálnymi veľkosťami baryónov (napríklad protónov a neutrónov) a mezónov (napríklad piónov).
Asymptotická sloboda na druhej strane vyriešila základný problém s týmto: nechcete malé interakcie, spojky (alebo spojky, ktoré majú tendenciu k nule), ale spojky, ktoré budú jednoducho konečné na hranici vysokej energie. Všetky väzbové konštanty sa menia s energiou a asymptotická voľnosť nastavuje vysokoenergetický pevný bod pre konštantu (technicky pre renormalizačnú skupinu, z ktorej je extrahovaná väzbová konštanta) a všetko ostatné sa dá vypočítať pre nízke energie.
Aspoň taká je predstava. Prišli sme na to, ako to urobiť pre 1 + 1 rozmer (jeden priestorový a jeden čas), ale nie pre 3 + 1. Pokrok sa však robí najmä vďaka Christophovi Wetterichovi, ktorý publikoval dve monumentálne práce v 90-te roky. Nedávno Wetterich použil asymptotickú slobodu - len pred šiestimi rokmi - na výpočet predpovede hmotnosti Higgsovho bozónu predtým, ako ho LHC našiel. Výsledok?
Prekvapivo sa jeho predpovede dokonale zhodovali s nálezmi LHC. Toto je taká vynikajúca predpoveď, že ak je asymptotická bezpečnosť správna a hmotnosti top kvarku, W bozónu a Higgsovho bozónu sú konečne stanovené, fyzika nebude potrebovať ďalšie základné častice, aby fungovala konzistentne až do Planckových hodnôt.
Hoci asymptoticky bezpečnej gravitácii sa nevenovala veľká pozornosť, zostáva veľmi atraktívnou a sľubnou teóriou, podobne ako teória strún: úspešne kvantuje gravitáciu, znižuje všeobecnú relativitu na limit nízkej energie a zostáva konečná pre UV žiarenie. Jedným spôsobom prekonáva aj teóriu strún: nemá celý kopec nového materiálu, ktorý by sme ešte nedokázali.
Kauzálna dynamická triangulácia
Táto myšlienka je celkom nová a v roku 2000 ju vyvinula Renata Loll v spolupráci s ďalšími vedcami. Súhlasí so slučkovou kvantovou gravitáciou v tom, že priestor je diskrétny, ale primárne sa zaoberá tým, ako sa tento priestor vyvíja. Jednou zo zaujímavých vlastností tejto myšlienky je, že aj čas musí byť diskrétny. Výsledkom je, že v súčasnosti dostávame štvorrozmerný časopriestor, ktorý sa však pri veľmi vysokých energiách a malých vzdialenostiach (na Planckovej stupnici) javí ako dvojrozmerná štruktúra. Je založený na matematickej štruktúre nazývanej simplex, ktorá je n-rozmerným zovšeobecnením trojuholníka. 2-simplex je trojuholník, 3-simplex je štvorsten atď. Jedna z „krásnych“ čŕt tohto prichádza vo forme kauzality – konceptu známeho mnohým – ktorý je zachovaný v kauzálnej dynamickej triangulácii. Môže byť schopný vysvetliť gravitáciu, ale nie je 100% jasné, či štandardný model elementárnych častíc môže zapadnúť do tohto rámca.
Vznikajúca (indukovaná) gravitácia
Snáď najkontroverznejšou z nedávnych teórií kvantovej gravitácie je entropická gravitácia, ktorú navrhol Eric Verlinde v roku 2009, podľa ktorej gravitácia nie je základnou silou, ale skôr vzniká ako jav súvisiaci s entropiou. V skutočnosti korene vznikajúcej gravitácie siahajú k objaviteľovi podmienok pre vznik asymetrie hmoty a antihmoty, Andrejovi Sacharovovi, ktorý túto myšlienku navrhol už v roku 1967. Práca je stále v plienkach, ale za posledných 5-10 rokov došlo v tejto oblasti k určitému pokroku.
To je to, čo dnes máme na kvantovej gravitácii. Sme si istí, že bez toho nepochopíme fungovanie Vesmíru na základnej úrovni, no netušíme, v ktorom z piatich (a ďalších) prezentovaných smerov bude pohyb správny. publikovaný
