Home » Articole » RO » Societate » Filozofie » Filozofia științei » De ce este nevoie de o teorie a gravitației cuantice?

De ce este nevoie de o teorie a gravitației cuantice?

Gravitația cuantică

Fizica fundamentală se bazează pe două teorii, modelul standard al fizicii particulelor (MS) și teoria generală a relativității (RG). În timp ce prima descrie interacțiunea electromagnetică, slabă și puternică a particulelor de materie subatomică, precum și a mecanismului Higgs într-un cadru teoretic al câmpului cuantic, cea din urmă abordează a patra interacțiune fundamentală, și anume gravitația, în termenii unei teorii de câmp clasic. Pentru a reconcilia acești piloni de bază într-un cadru descoperind terenul lor comun sau, mai exact, găsirea unei teorii cuantice a gravitației sau a unei teorii mai cuprinzătoare (teoria corzilor), este adesea înțeleasă a fi provocarea centrală pentru fizica contemporană .

Astfel de reconcilieri nu conduc neapărat la un fel de unificare deosebit de substanțială. S-ar putea să fim pur și simplu preocupați de probleme de coerență sau de legături asemănătoare legii. De exemplu, ca o primă încercare, s-ar putea încerca doar îmbinarea sau cuplarea teoriilor clasice RG și teoria câmpului cuantic (TCC) fără alte modificări pentru a forma așa-numitele teorii semi-clasice. În timp ce astfel de teorii recunosc că, potrivit teoriei cuantice, câmpurile de materie sunt structuri teoretice fundamentale cuantice, ele insistă că gravitația, adică spațiutimpul, este fundamental clasică („non-cuantică”). În consecință, o teorie simplă semi-clasică rescrie ecuațiile lui Einstein ca:

Gab = 8π<Tab>

Aici, câmpurile materiei sunt introduse de valoarea de așteptare a tensorului de energie-impuls, <Tab>. Cu toate acestea, în ciuda unor proprietăți convenabile conform teoremei Ehrenfest care leagă valoarea de așteptare din mecanica cuantică de ecuațiile clasice de mișcare ale lui Newton, valoarea de așteptare nu este un obiect clasic complet. Prin urmare, aceasta dă naștere unor discontinuități problematice, așa cum au arătat mulți. Ca rezultat, majoritatea fizicienilor nu iau în considerare serios teoriile semi-clasice. Trebuie remarcat însă că unii au criticat aceste obiecții împotriva teoriilor semi-clasice ca neconfortabile. Deci, teoriile tehnice semi-clasice nu pot fi înlăturate încă.

Totuși, ceea ce este în mod obișnuit înțeles ca „gravitația cuantică” este o reconciliere mai substanțială în ceea ce privește un fel de cuantizare a gravitației. A „cuantifica” o teorie clasică înseamnă a construi o teorie cuantică a cărei limită clasică este de acord cu teoria clasică. Rețineți că cuantizarea nu implică neapărat discreție. De exemplu, în cazul mecanicii cuantice (MC) unele observabile au devenit discrete după cuantizare, dar altele ca operatorii de poziție și impuls nu au făcut-o. În consecință, a cuantifica RG nu implică discretitatea spațiutimpului. Discreditatea spațiutimpului este doar o posibilitate – și este o posibilitate care vine cu un cost, deoarece compromite într-adevăr o simetrie importantă a fizicii: invarianța Lorentz.

Acum, există multe abordări diferite ale gravitației cuantice (GC) de acest tip mai substanțial. Potrivit lui Kiefer, ele pot fi grupate în teorii primare și secundare ale gravitației cuantice. Primele folosesc proceduri standard de cuantizare (cuantificare canonică sau covariantă) precum în cazul electrodinamicii cuantice, de exemplu. Acestea din urmă cuprind GC ca o limită a unui cadru teoretic cuantic fundamental, de ex. teoria corzilor. Rețineți că această clasificare se bazează pe modul în care se desfășoară abordările. Din punct de vedere sistematic, abordările respective pot fi totuși corelate. De exemplu, Weinberg subliniază o relație între teoria câmpului cuantic, adică covarianîa, abordări și teoria corzilor.

Dar de ce ar trebui să căutăm o teorie cuantică a gravitației? De obicei, considerațiile teoretice sunt înțelese pentru a indica o incompletență a fizicii actuale legate de problema GC. Motivele principale enumerate frecvent pentru „cuantificarea gravitației” includ, printre altele, considerații cosmologice, evoluția găurilor negre, probleme teoretice în TCC și scopul unificării. Mulți susțin că idealurile de unificare sunt deosebit de importante, în special în ceea ce privește abordările în contextul fizicii particulelor.

Aceasta se bazează în principal pe următoarele: În primul rând, se pare că nu există nicio necesitate empirică pentru a construi teoria. De fapt, ambele teorii (MS și RG) sunt în perfectă concordanță cu toate cele disponibile și – în ceea ce privește efectele gravitaționale cuantice – probabil chiar toate datele așteptate. Scala tipică a energiei (sau a lungimii) în care se înțelege că efectele gravitaționale cuantice devin relevante este cu aproximativ 16 ordine de mărime mai mare decât cea actuală. Deci, s-ar putea argumenta că, pragmatic, nu putem spera cu adevărat să avem date experimentale directe – dar nu este exclus și am putea spera în mod special pentru indicatori indirecți. Totuși, până acum, experimentul nu sugerează nicio necesitate de modificări.

În al doilea rând, scepticii adaugă că, de asemenea, argumentele teoretice invocate sunt, de fapt sau în principiu, constrângătoare. În cele din urmă, și probabil cel mai important, mulți împărtășesc convingerea că RG și TCC sunt fundamental incompatibile pentru un motiv simplu: „în conformitate cu RG [relativitatea generală], gravitația pur și simplu nu este o forță” ca electromagnetismul, forța slabă și forța puternică. Aceasta nu înseamnă că RG și teoria cuantică sunt incompatibile într-un sens logic, ci să susținem că ele sunt „teorii (familii) incomensurabile” .

În concluzie, se pare că nu există niciun motiv empiric și niciun motiv fizic autentic de a urmări căutarea unei GC. Acesta este motivul pentru care unii bănuiesc că numai strategiile interne ale fizicii (de exemplu, generalizarea inductivă, extinderea domeniului unei teorii stabilite sau exploatarea capacităților explicative ale unei teorii stabilite) nu pot să conteze oentru astfel de programe. În schimb, se spune că fizicienii folosesc argumente externe, de exemplu o „dogmă a unificării”. Din această perspectivă, fizicienii ar folosi principiile metafizice (de exemplu, „unitatea naturii”), principiile metateoretice (de exemplu, „economia gândirii”) sau principiile epistemologice (de exemplu, fizicienii urmăresc unificarea de dragul ei, adică simplul fapt al dualismului teoretic este considerat un defect al fizicii teoretice), adică motive filosofice. În acest sens,

Astfel, pozițiile care susțin că fizica în general urmărește unificarea (sau un sistem teoretic minim sau care reprezintă o „unitate a naturii”) poate explica cu exactitate încercările GC. Dar cum ar fi pozițiile care susțin că fizica are drept scop adecvarea empirică, de exemplu? Sunt astfel de poziții capabile să explice căutarea GC? Fizicienii folosesc motive filosofice, sau putem înțelege căutarea unei teorii a GC intern?

Sursa: Kian Salimkhani, Quantum Gravity: A Dogma of Unification?

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *