?

Log in

No account? Create an account
ushastyi
ushastyi
.............. .... ..........
ushastyi [userpic]
Петлевая квантовая гравитация



Написать заметку о петлевой квантовой гравитации меня побудили несколько вещей. И одна из них -- статья из Википедии на эту тему, из которого человек "не в теме" едва ли поймет вообще, о чем идет речь. Это просто гениально и совершенно для википедии бесполезно:

В своей статье 2005 года[1], С. Бильсон-Томпсон (Sundance Bilson-Thompson) предложил модель (по-видимому основанную на более общей теории брэдов (математических кос) М. Хованова (M. Khovanov)[2][3]), в которой ришоны Харари (Harari) были преобразованы в протяжённые лентообразные объекты, называемые риббонами. Потенциально это могло бы объяснить причины самоорганизации субкомпонентов элементарных частиц, приводящие к возникновению цветового заряда, в то время как в предыдущей преонной (ришонной) модели базовыми элементами являлись точечные частицы, а цветовой заряд постулировался. Бильсон-Томпсон называет свои протяжённые риббоны «гелонами», а модель — гелонной. Данная модель приводит к интерпретации электрического заряда как топологической сущности, возникающей при перекручивании риббонов.

Ни фига тут нормальному человеку непонятно, а дело вот в чем.

Первая известная теория гравитации была создана еще Аристотелем. Он считал, что тела падают с разной скоростью, прямо пропорционально массе и обратно -- плотности среды. Это почти правда при наличии трения. Впрочем, большого практического смысла в то время теория все равно не имела.

Научная же теория гравитации была создана Ньютоном, все ее проходили в школе, поэтому напоминать не буду. Ньютон описал закон, по которому тела притягиваются друг к другу. Но к 20му веку физики от выведения законов переключились на поиск причин. Стал важен вопрос не "как", а "почему". И никто иной как Энштейн предложил теорию гравитации, основанную на геометрии Римана: гравитация определяется кривизной четырехмерного пространства-времени. Физика оказалась промоделирована довольно абстрактной геометрией. Теория элегантна, и подтверждается экспериментально.

Однако, на этом физики не остановились. Дело в том, что в 20-30 годы была разработана квантовая механика, которая довольно быстро развилась в квантовую теорию поля. Суть в том, что физические величины перестали быть непрерывными, но принимающими ступенчатые, дискретные значения. Например, энергия. В квантовой теории поля "переносчиками" фундаментальных взаимодействий стали кванты, некоторые неделимые "кусочки". Самое простое -- фотоны в электродинамике (или фотоны света, например). Или глюоны -- в сильном взаимодействии кварков. Но суть похожа. Причем теории были выстроены таким образом, что на микро-уровне можно было "работать" на уровне квантов, но при непрерывном переходе к макро-уровню получались все типичные свойства поля. В физике известны 4 типа фундаментальных полей (взаимодействий), и три из них квантуются. Но не гравитация. Причем проблемы квантования гравитационного поля оказались настолько фундаментальными, что физики стали искать другие способы "связать" воедино все фундаментальные поля (зачем? чтобы объяснить, как устроен мир), и появились теории струн и другие Теории Всего, основанные на экзотических пространствах и симметриях.

У всех этих теорий было одно свойство, очень любимое математиками -- геометрия пространства считалось непрерывной и гладкой. Собственно, так оно и есть в Римановой геометрии, использованной Энштейном. В середине 80х Ли Смолин с коллегами рискнули отказаться от гладкости и непрерывности, и им впервые удалось построить непротиворечивую квантовую модель гравитации при условии, что пространство тоже квантуемо! То есть состоит из "ячеек" планковской длины (десять в минус 33 см.), причудливым образом между собой соединенных. Для удобства представления, вместо ячеек они стали рассматривать узлы, а их соединения образуют то, что стали называть спиновой сетью. Это позволяет задать любую, сколь угодно искривленную, геометрию. Неожиданно, вроде бы абстрактная математическая дисциплина -- топология -- вдруг стала востребована именно тут, так как именно она изучает подобного рода объекты.



Но спиновая сеть -- это лишь мгновенный "снимок" состояния. В реальности, каждый момент времени в мире что-то происходит, и это выражается в трансформации сети. Сеть плюс время называется спиновой пеной, потому что во времени сеть постоянно "бурлит", переживая бесконечные трансформации. Время "получилось" тоже дискретным, с интервалом между "тиками" десять в минус 43 см.

Как любая хорошая теория (и этим, кстати, она отличается от Теории Струн), квантовая теория гравитации допускает эксперименты, которые могут ее подтвердить или опровергнуть. На сегодняшний момент, современная аппаратура не позволяет поставить такие эксперименты -- слишком малы эффекты, которые дает "зернистость" пространства -- но техника и фантазия ученых не стоят на месте. Во всяком случае такие эксперименты не кажутся невозможными.

Также в последнее время доказано, что в петлевая квантовая гравитация "в пределе" приводит к энштейновской модели (впрочем, иначе она бы не имела смысла). Интересно, что в отличие от энштейновской теории, в "нашей" теории Вселенная существует и до Большого Взрыва.

Теперь настало время вернуться к тому, о чем же пишет Википедия. На самом деле, о важном. О том, что теория петлевой квантовой гравитации позволяет вывести Стандартную модель квантовой механики, которая описывает элементарные частицы и их взаимодействия и многократно подтверждена экспериментально. И это делает ее полноценным кандидатом на Теорию Всего.

* Доступное изложение теории от Ли Смолина

P.S. А Большой Андронный Коллайдер работает себе потихоньку.


Метки:
Comments

Интуиция подсказывает что вселенная бесконечна в масштабном факторе.
Значит эта теория так же говорит что есть рядом вселенные в которых таки можно углубится или в которых наша вселенная находится песчинкой

А на чем основано интуитивная "подсказка" о бесконечности Вселенной? Вероятно, на нашем чувственном опыте, который вряд ли применим к космологическим масштабам. Наблюдения позволяют вычислить возраст и размеры Вселенной. Что находится "за границей" и есть ли там что-то -- мы не знаем.

На самом деле, даже конечность вселенной не означает, что "за концом" ничего нет.

Другая мысль: Вселенная может быть замкнута (как сфера, например). То есть конца как такового нет, но нет и бесконечности. Град Обреченный.

Масштабный фактор = бесконечно ли можно ее делить.

В этой теории предполагается что не бесконечно. Или может быть отсутсвует взаимодействие между миром внутри крупинки и нашим миром

А, вот Вы о чем. Но еще Древние Греки предположили, что Вселенная состоит из атомов -- мельчайших неделимых частиц. Платон даже пытался их как-то геометрически моделировать. Это только позднее, когда стало понятно, что атомы состоят из более мелких частиц, появилось опасение, что деление можно продолжать бесконечно. Но это опасение довольно быстро рассеялось в квантовой механике. Более того, "частицы" квантовой механики, уже и не частицы, а более похожи на возмущения однородности пространства.

Современные представления о квантуемости мира появились в 30е годы, и пока не подвергаются сомнению. Интерес к квантовой гравитации в том и состоял, что все поля и элементарные физические величины оказались квантуемы, кроме гравитации.

Модель Бильсона-Томпсона

Мне тоже она очень нравится, кстати, в последней его работе построены модели частиц старших поколений (мюонов, таонов, s,c,b и t-кварков). Правда, строятся и модели частиц поколений выше третьего, так что есть над чем поработать.

А что касается микроструктуры пространства времени, то мне, пожалуй, больше всего импонирует причинная динамическая триангуляция, в которой четырёхмерность макроскопического просмтранства-времени выводится без каких-либо начальных допущений, кроме принципа причинности.

Re: Модель Бильсона-Томпсона

А как вы относитесь к теории Эрика Верлинде, где гравитация получается как следствие распределения информации в пространстве? (подход, похожий на термодинамику и давление газа).

Насчет причинной динамической триангуляции -- интересно, а подробнее где можно посмотреть? Меня гложут сомнения, что кроме принципа причинности там больше ничего не постулируется.

Верлинде, CDT

Подходу Верлинде, конечно, не откажешь в остроумии, но интуитивно он мне сразу не понравился, чем-то напомнив пресловутую теорию Янчилина (которую я в свое время очень эффектно «убил»).

Первый же аргумент, который я придумал против (что энтропийные влияния неминуемо должны вести к декогеренции квантовых состояний в гравитационном поле), как вскоре выяснилось, действительно «убивает» построения Верлинде. Есть работа Арчила Кобахидзе, в которой тот рассматривает результаты экспериментов по распределению ультрахолодных нейтронов в гравитационном поле Земли. Как выяснилось, простой, знакомый со школы подход U=mgh находится в очень неплохом согласии с экспериментом, в то же время как теория Верлинде (в которой гравитационное поле потенциально лишь в классическом пределе) даёт что-то несусветное.

Неплохая русскоязычная вводная статья по триангуляции была в октябрьском «В мире науки» за 2008 год, ее можно почитать по ссылке:
http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/ambiorn_kvantovaya.pdf

На инглише материалов, котнечно, больше, логично начать с Википедии:
http://en.wikipedia.org/wiki/Causal_dynamical_triangulation
и там дальше по ссылкам.

Re: Модель Бильсона-Томпсона

Хоть вопрос и не мне, но это очень плодотворная идея http://modcos.com/articles.php?id=10,которая сейчас активно используется в космологии http://modcos.com/articles.php?id=48

Re: Модель Бильсона-Томпсона

Спасибо, очень интересно.

Новое опровержение Верлинде

Очередная статья Кобахидзе ставит все точки над i:
http://arxiv.org/abs/1108.4161

Re: Новое опровержение Верлинде

Спасибо. Постараюсь понять.

Так вроде же спутник GLAST, которого ждал Смолин, и закрыл вопрос ещё в 2009-м: http://scienceniche.com/physical-science/a-test-of-loop-quantum-gravity-and-superstring-with-fermi.html или вот http://www.physicsforums.com/archive/index.php/t-294328.html

Красивая теория, но не выдержала проверку.

Спасибо за информацию, надо внимательно почитать. Насколько я понял по диагонали из комментариев физического форума, эксперимент вопрос не закрыл, хотя и осложнил обоснование теории. А есть ли комментарии Ли Смолина на эти результаты? Какие-нибудь свежие работы (2010-11 года)?

не попадались. Я не специалист, так, погуглил маленько, прочитав статью Смолина и заинтересовавшись спутником - пять лет всё-таки прошло. В начале 2009-го Смолин написал ожидания от спутника, после лета 2009-го ничего не попадалось.

Удалось ли что-нибудь узнать нового о судьбах петлевой КТГ в свете нблюдений GLAST?

Нет, я не отслеживаю эту тему, а сорока на хвосте ничего не приносила. Надо бы покопаться. Спасибо, что напомнили.

В отличии от теории супер струн, эта теория мне почему-то показалась более убедительной, более логичной и понятной на интуитивном уровне. И, знаете, наглядно представилась такая бесконечная панцирная сетка, ячеистая и массивное тело на ней, прогибающее сетку (для упрощения двумерная. в реале трех, а могет быть четырех - мерная - пространственно-временная). Сетка - квантованное пространство. А ведь при колоссальной массе "сетка" может и не выдержать, порваться - вот вам и дыра - черная... Улыбаюсь... Нет, в этом что-то есть, определенно!!!

Ну наша интуиция в такого рода вещах плохой помощник. Та же теория относительности отнюдь не интуитивна. Эта теория предлагает некоторую конструкцию пространства, которая вполне логична, и может быть согласована с существующими теориями. Нормальный научный путь расширения. В отличие от теории струн, где конструкция пространства получается как следствие из некоторых более общих алгебраических отношений. Но теория петлевой гравитации не отвечает не некоторые более общие вопросы о структуре материи, на которые пытается ответить теория струн или М-теория. Время покажет. Вот, в комментах написали, что некоторые недавние эксперименты существенно сузили шансы для теории петлевой гравитации. Но я пока не посмотрел внимательно, что это были за эксперименты, и как на них отреагировали сторонники теории, включая Ли Смолина.

Объединить четыре взаимодействия в единую теорию ВСЕГО - голубая мечта физиков. Однако, на сегодняшний день теоретические выкладки не подтверждены экспериментально. БАК, видимо, только добавил "тумана"... три из четырех взаимодействий еще как-то стыкуются, а вот гравитационное, ну никак... И предполагаемая дискретность пространства и времени, как мне кажется, как раз и есть то необходимое условие объединений в единую теорию ВСЕГО всех четырех взаимодействий, если со временем как-то вдруг не выяснится, что и самих взаимодействий не четыре, а больше... Теория струн не раз уже "умирала" и вновь "возрождалась", потому не вижу причин не возврата и к теории петлевой квантовой гравитации... А вообще, такое ощущение, что физики теоретики всё время крутятся где-то около... Единая теория безусловно должна-таки родиться, ведь все взаимодействия тесно связаны.

Да, конечно. Есть еще вариант, что наш познавательный аппарат просто не в состоянии познать и понять Единую Теорию, поэтому она никогда не будет создана. Но физики эту возможность обычно не принимают во внимание :)

Непознаваемость этого мира еще никого не останавливала :)

Про квантование пространства писал еще Иваненко, Амбарцумян и Бронштейн. Смолин - не первый.

Записки на полях - Петлевая квантовая гравитация

Доказано, что гравитация имеет электромагнитную природу http://gravitus.ucoz.ru/
По уравнению, полученному для описания квантования силовых линий точечного соленоида, можно рассчитать многие астрономические величины.