Loop quantum gravity - ano ito? Ang tanong na ito ang tatalakayin natin sa artikulong ito. Upang magsimula, tutukuyin natin ang mga katangian nito at makatotohanang impormasyon, at pagkatapos ay makikilala natin ang kalaban nito - ang teorya ng string, na isasaalang-alang natin sa pangkalahatang anyo para sa pag-unawa at pagkakaugnay sa loop quantum gravity.
Introduction
Ang isa sa mga teoryang naglalarawan ng quantum gravity ay isang set ng data sa loop gravity sa quantum level ng organisasyon ng Universe. Ang mga teoryang ito ay batay sa konsepto ng discreteness ng parehong oras at espasyo sa sukat ng Planck. Nagbibigay-daan sa hypothesis ng isang tumitibok na Uniberso na maisakatuparan.
Lee Smolin, T. Jacobson, K. Rovelli, at A. Ashtekar ang mga nagtatag ng teorya ng loop quantum gravity. Ang simula ng pagbuo nito ay nahulog sa 80s. XX siglo. Alinsunod sa mga pahayag ng teoryang ito, ang "mga mapagkukunan" - oras at espasyo - ay mga sistema ng mga discrete fragment. Inilalarawan ang mga ito bilang mga cell na kasing laki ng quanta, na pinagsasama-sama sa isang espesyal na paraan. Gayunpaman, sa pag-abot sa malalaking sukat, napapansin namin ang pag-smoothing ng space-time, at tila tuloy-tuloy ito sa amin.
Loop gravity at mga particle ng uniberso
Ang isa sa mga pinakakapansin-pansing "feature" ng teorya ng loop quantum gravity ay ang natural nitong kakayahang lutasin ang ilang problema sa physics. Nagbibigay-daan ito sa iyong ipaliwanag ang maraming isyung nauugnay sa Standard Model of particle physics.
Noong 2005, isang artikulo ni S. Bilson-Thompson ang nai-publish, na iminungkahi dito ang isang modelo na may binagong Rishon Harari, na kinuha ang anyo ng isang pinahabang bagay na laso. Ang huli ay tinatawag na laso. Ang tinantyang potensyal ay nagmumungkahi na maaari nitong ipaliwanag ang dahilan para sa independiyenteng organisasyon ng lahat ng mga subcomponents. Pagkatapos ng lahat, ito ay hindi pangkaraniwang bagay na nagiging sanhi ng pagsingil ng kulay. Ang nakaraang modelo ng preon para sa sarili nito ay isinasaalang-alang ang mga point particle bilang pangunahing elemento. Ang singil sa kulay ay nai-postulate. Ginagawang posible ng modelong ito na ilarawan ang mga singil sa kuryente bilang isang topological entity, na maaaring lumabas sa kaso ng ribbon twisting.
Ang pangalawang artikulo ng mga kapwa may-akda na ito, na inilathala noong 2006, ay isang akda kung saan nakibahagi rin sina L. Smolin at F. Markopolu. Ang mga siyentipiko ay naglagay ng palagay na ang lahat ng mga teorya ng quantum loop gravity, kasama sa klase ng mga loop, ay nagsasaad na sa kanila ang espasyo at oras ay mga estado na nasasabik ng quantization. Maaaring gampanan ng mga estadong ito ang papel ng mga preon, na humahantong sa paglitaw ng kilalang karaniwang modelo. Ito naman ay nagiging sanhipaglitaw ng mga katangian ng teorya.
Iminungkahi din ng apat na siyentipiko na ang teorya ng quantum loop gravity ay may kakayahang muling gawin ang Standard Model. Pinag-uugnay nito ang apat na pangunahing puwersa sa awtomatikong paraan. Sa form na ito, sa ilalim ng konsepto ng "brad" (intertwined fibrous space-time), ang konsepto ng preons ay sinadya dito. Ang mga utak ang nagbibigay-daan upang muling likhain ang tamang modelo mula sa mga kinatawan ng "unang henerasyon" ng mga particle, na batay sa mga fermion (quark at lepton) na may halos tamang paraan ng muling paglikha ng singil at pagkakapare-pareho ng mga fermion mismo.
Iminungkahi ni Bilson-Thompson na ang mga fermion mula sa pangunahing "serye" ng ika-2 at ika-3 henerasyon ay maaaring katawanin bilang parehong mga brad, ngunit may mas kumplikadong istraktura. Ang mga fermion ng 1st generation ay kinakatawan dito ng pinakasimpleng utak. Gayunpaman, mahalagang malaman dito na ang mga partikular na ideya tungkol sa pagiging kumplikado ng kanilang device ay hindi pa naipapasa. Ito ay pinaniniwalaan na ang mga singil ng kulay at mga uri ng kuryente, pati na rin ang "katayuan" ng pagkakapareho ng mga particle sa unang henerasyon, ay nabuo nang eksakto sa parehong paraan tulad ng sa iba. Matapos matuklasan ang mga particle na ito, maraming mga eksperimento ang ginawa upang lumikha ng mga epekto sa kanila sa pamamagitan ng pagbabago-bago ng dami. Ang mga huling resulta ng mga eksperimento ay nagpakita na ang mga particle na ito ay matatag at hindi nabubulok.
Strip structure
Dahil isinasaalang-alang namin ang impormasyon tungkol sa mga teorya dito nang hindi gumagamit ng mga kalkulasyon, maaari naming sabihin na ito ay loop quantum gravity "para samga tsarera." At hindi niya magagawa nang hindi inilalarawan ang mga istruktura ng tape.
Ang mga entity kung saan ang bagay ay kinakatawan ng parehong "bagay" gaya ng space-time ay isang pangkalahatang paglalarawang representasyon ng modelong ipinakita sa amin ni Bilson-Thompson. Ang mga entity na ito ay ang mga istruktura ng tape ng ibinigay na katangiang naglalarawan. Ipinapakita sa atin ng modelong ito kung paano ginagawa ang mga fermion at kung paano nabuo ang mga boson. Gayunpaman, hindi nito sinasagot ang tanong kung paano makukuha ang Higgs boson gamit ang pagba-brand.
L. Si Freidel, J. Kovalsky-Glikman at A. Starodubtsev noong 2006 sa isang artikulo ay nagmungkahi na ang mga linya ng Wilson ng gravitational field ay maaaring maglarawan ng mga elementarya na particle. Ipinahihiwatig nito na ang mga katangiang taglay ng mga particle ay maaaring tumugma sa mga parameter ng husay ng Wilson loops. Ang huli, sa turn, ay ang pangunahing bagay ng loop quantum gravity. Ang mga pag-aaral at kalkulasyon na ito ay isinasaalang-alang din bilang karagdagang batayan para sa teoretikal na suporta na naglalarawan sa mga modelong Bilson-Thompson.
Paggamit ng pormalismo ng spin foam model, na direktang nauugnay sa teoryang pinag-aralan at sinuri sa artikulong ito (T. P. K. G.), gayundin ang pagbabatay sa unang serye ng mga prinsipyo ng teoryang ito ng quantum loop gravity, posibleng magparami ng ilang piraso ng Standard Model na hindi nakuha noon. Ito ay mga partikulo ng photon, gayundin ang mga gluon at graviton.
Meronpati na rin ang gelon model, kung saan ang mga brad ay hindi isinasaalang-alang dahil sa kanilang kawalan bilang ganoon. Ngunit ang modelo mismo ay hindi nagbibigay ng eksaktong posibilidad na tanggihan ang kanilang pag-iral. Ang bentahe nito ay maaari nating ilarawan ang Higgs boson bilang isang uri ng composite system. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mas kumplikadong mga panloob na istruktura sa mga particle na may malaking halaga ng masa. Dahil sa pag-twist ng mga brad, maaari nating ipagpalagay na ang istrukturang ito ay maaaring nauugnay sa mekanismo ng paggawa ng masa. Halimbawa, ang anyo ng modelong Bilson-Thompson, na naglalarawan sa photon bilang isang particle na may zero mass, ay tumutugma sa non-twisted brad state.
Pag-unawa sa Bilson-Thompson Approach
Sa mga lecture tungkol sa quantum loop gravity, kapag inilalarawan ang pinakamahusay na diskarte sa pag-unawa sa Bilson-Thompson model, binanggit na ang paglalarawang ito ng preon model ng elementary particles ay nagbibigay-daan sa isa na makilala ang mga electron bilang mga function ng isang wave nature. Ang punto ay ang kabuuang bilang ng mga quantum state na taglay ng mga spin foams na may magkakaugnay na mga phase ay maaari ding ilarawan gamit ang wave function terms. Sa kasalukuyan, isinasagawa ang aktibong gawain na naglalayong pag-isahin ang teorya ng elementarya na mga particle at T. P. K. G.
Sa mga aklat sa loop quantum gravity, makakahanap ka ng maraming impormasyon, halimbawa, sa mga gawa ni O. Feirin tungkol sa mga kabalintunaan ng quantum world. Sa iba pang mga gawa, ito ay nagkakahalaga ng pagbibigay pansin sa mga artikulo ni Lee Smolin.
Problems
Ang artikulo, sa isang binagong bersyon mula sa Bilson-Thompson, ay umamin naang particle mass spectrum ay isang hindi nalutas na problema na hindi mailarawan ng kanyang modelo. Gayundin, hindi niya nilulutas ang mga isyu na may kaugnayan sa mga spins, paghahalo ng Cabibbo. Nangangailangan ito ng isang link sa isang mas pangunahing teorya. Ang mga susunod na bersyon ng artikulo ay naglalarawan sa dynamics ng mga brad gamit ang Pachner transition.
Mayroong patuloy na paghaharap sa mundo ng pisika: string theory vs theory of loop quantum gravity. Ito ang dalawang pangunahing gawain kung saan maraming sikat na siyentipiko sa buong mundo ang nagtrabaho at nagtatrabaho.
Teoryang String
Sa pagsasalita tungkol sa teorya ng quantum loop gravity at string theory, mahalagang maunawaan na ang mga ito ay dalawang ganap na magkaibang paraan ng pag-unawa sa istruktura ng bagay at enerhiya sa Uniberso.
Ang
String theory ay ang "path of evolution" ng physical science, na sumusubok na pag-aralan ang dynamics ng mutual actions hindi sa pagitan ng mga point particle, kundi ng quantum strings. Pinagsasama ng materyal ng teorya ang ideya ng mekanika ng mundo ng quantum at ang teorya ng relativity. Ito ay malamang na makakatulong sa tao na bumuo ng hinaharap na teorya ng quantum gravity. Dahil mismo sa hugis ng bagay ng pag-aaral na sinusubukan ng teoryang ito na ilarawan ang mga pundasyon ng uniberso sa ibang paraan.
Hindi tulad ng teorya ng quantum loop gravity, ang string theory at ang mga pundasyon nito ay nakabatay sa hypothetical data, na nagmumungkahi na ang anumang elementarya na particle at lahat ng interaksyon nito na may pangunahing katangian ay resulta ng vibrations ng quantum strings. Ang mga "elemento" na ito ng Uniberso ay may mga ultramicroscopic na dimensyon at sa mga sukat ng pagkakasunud-sunod ng haba ng Planck ay 10-35 m.
Ang data ng teoryang ito ay may kahulugan sa matematika na medyo tumpak, ngunit hindi pa ito nakakahanap ng aktwal na kumpirmasyon sa larangan ng mga eksperimento. Ang teorya ng string ay nauugnay sa multiverses, na kung saan ay ang interpretasyon ng impormasyon sa isang walang katapusang bilang ng mga mundo na may iba't ibang uri at anyo ng pag-unlad ng ganap na lahat.
Basis
Loop quantum gravity o string theory? Ito ay isang medyo mahalagang tanong, na mahirap, ngunit kailangang maunawaan. Ito ay lalong mahalaga para sa mga physicist. Para mas maunawaan ang teorya ng string, mahalagang malaman ang ilang bagay.
Ang teorya ng string ay maaaring magbigay sa atin ng paglalarawan ng paglipat at lahat ng mga tampok ng bawat pangunahing particle, ngunit posible lamang ito kung maaari din nating i-extrapolate ang mga string sa mababang-enerhiya na larangan ng pisika. Sa ganoong kaso, ang lahat ng mga particle na ito ay magkakaroon ng anyo ng mga paghihigpit sa spectrum ng paggulo sa isang hindi lokal na one-dimensional na lens, kung saan mayroong walang katapusang bilang. Ang katangiang dimensyon ng mga string ay napakaliit na halaga (mga 10-33 m). Dahil dito, hindi kayang obserbahan ng isang tao ang mga ito sa kurso ng mga eksperimento. Ang isang analogue ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang string vibration ng mga instrumentong pangmusika. Ang spectral data na "bumubuo" ng isang string ay maaari lamang sa isang partikular na frequency. Habang tumataas ang dalas, tumataas din ang enerhiya (naipon mula sa mga vibrations). Kung ilalapat natin ang formula E=mc2 sa pahayag na ito, maaari tayong lumikha ng paglalarawan ng bagay na bumubuo sa Uniberso. Ang teorya ay nagpopostulate na ang mga dimensyon ng masa ng butil na nagpapakita ng kanilang mga sarili bilangAng mga vibrating string ay nakikita sa totoong mundo.
Ang
String physics ay nagbubukas sa tanong ng mga dimensyon ng space-time. Ang kawalan ng mga karagdagang spatial na dimensyon sa macroscopic na mundo ay ipinaliwanag sa dalawang paraan:
- Compactification ng mga dimensyon, na pinaikot sa mga laki kung saan tumutugma ang mga ito sa pagkakasunud-sunod ng haba ng Planck;
- Ang localization ng buong bilang ng mga particle na bumubuo ng multidimensional na Uniberso sa isang four-dimensional na "sheet of the World", na inilalarawan bilang multiverse.
Quantization
Tinatalakay ng artikulong ito ang konsepto ng teorya ng loop quantum gravity para sa mga dummies. Ang paksang ito ay lubhang mahirap unawain sa antas ng matematika. Dito isinasaalang-alang namin ang isang pangkalahatang representasyon batay sa isang mapaglarawang diskarte. Bukod dito, kaugnay ng dalawang "magkasalungat" na teorya.
Para mas maunawaan ang string theory, mahalagang malaman din ang tungkol sa pagkakaroon ng primary at secondary quantization approach.
Ang pangalawang quantization ay nakabatay sa mga konsepto ng isang string field, katulad ng functional para sa space ng mga loop, na katulad ng quantum field theory. Ang mga pormalismo ng pangunahing diskarte, sa pamamagitan ng mga diskarte sa matematika, ay lumikha ng isang paglalarawan ng paggalaw ng mga string ng pagsubok sa kanilang mga panlabas na larangan. Hindi ito negatibong nakakaapekto sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga string, at kasama rin ang phenomenon ng string decay at unification. Ang pangunahing diskarte ay ang link sa pagitan ng string theories at conventional field theory claims onibabaw ng mundo.
Supersymmetry
Ang pinakamahalaga at obligado, gayundin ang makatotohanang "elemento" ng teorya ng string ay supersymmetry. Ang pangkalahatang hanay ng mga particle at mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito, na kung saan ay sinusunod sa medyo mababang enerhiya, ay magagawang kopyahin ang istrukturang bahagi ng Standard Model sa halos lahat ng anyo. Maraming mga katangian ng Standard Model ang nakakakuha ng mga eleganteng paliwanag sa mga tuntunin ng superstring theory, na isa ring mahalagang argument para sa teorya. Gayunpaman, wala pang mga prinsipyo na maaaring ipaliwanag ito o ang limitasyon ng mga teorya ng string. Ang mga postulate na ito ay dapat gawing posible upang makakuha ng isang anyo ng mundo na katulad ng karaniwang modelo.
Properties
Ang pinakamahalagang katangian ng teorya ng string ay:
- Ang mga prinsipyong tumutukoy sa istruktura ng Uniberso ay ang gravity at ang mekanika ng quantum world. Ang mga ito ay mga sangkap na hindi maaaring paghiwalayin kapag lumilikha ng isang pangkalahatang teorya. Ipinapatupad ng teorya ng string ang pagpapalagay na ito.
- Ang mga pag-aaral ng maraming nabuong konsepto ng ikadalawampu siglo, na nagbibigay-daan sa atin na maunawaan ang pangunahing istruktura ng mundo, kasama ang lahat ng maraming prinsipyo ng operasyon at pagpapaliwanag nito, ay pinagsama at nagmula sa string theory.
- Ang teorya ng string ay walang mga libreng parameter na dapat ayusin upang matiyak ang pagkakasundo, gaya ng kinakailangan sa Standard Model, halimbawa.
Sa konklusyon
Sa madaling salita, ang quantum loop gravity ay isang paraan ng pag-unawa sa katotohanan nasinusubukang ilarawan ang pangunahing istruktura ng mundo sa antas ng elementarya na mga particle. Pinapayagan ka nitong malutas ang maraming mga problema ng pisika na nakakaapekto sa organisasyon ng bagay, at kabilang din sa isa sa mga nangungunang teorya sa mundo. Ang pangunahing kalaban nito ay ang teorya ng string, na medyo lohikal, dahil sa maraming totoong pahayag ng huli. Ang parehong teorya ay natagpuan ang kanilang kumpirmasyon sa iba't ibang larangan ng elementarya na pananaliksik sa particle, at ang mga pagtatangka na pagsamahin ang "quantum world" at gravity ay nagpapatuloy hanggang sa araw na ito.
