» » » » » » » Gravitaţia cuantică în buclă

Gravitaţia cuantică în buclă

postat în: Teorii propuse | 0

Black_Hole_Merger

Gravitaţia cuantică în buclă (GCB) este o teorie cuantică propusă pentru spațiu-timp care îmbină împreună teoriile aparent incompatibile de mecanică cuantică și relativitatea generală. Ca teorie a gravitației cuantice, este principalul competitor al teoriei corzilor, deși adepţii corzilor sunt de cca zece ori mai numeroşi decât cei ai GCB. Principalele succese ale GCB sunt: o cuantificare neperturbativă a geometriei tridimensionale, cu operatori cuantizaţi ai suprafeţelor şi volumelor; un calcul al entropiei găurilor negre fizice; și o argumentare prin exemplu că nu este necesară o teorie finală pentru o teorie cuantică a gravitației. Principalele sale deficiențe sunt: nu are încă o imagine a dinamicii, ci doar a cinematicii; nu etse încă în măsură să includă fizica particulelor; nu este încă în măsură să acopere limitele clasice.

Incompatibilitatea dintre mecanica cuantică și relativitatea generală

Lecția fundamentală a relativităţii generale este că nu există niciun mediu spațiu-timp fix, așa cum se găsește în mecanica newtoniană și relativitatea specială. Deşi ușor de formulat în principiu, această idee a relaitivităţii generale este cel mai greu de înţeles, și consecințele sale sunt profunde și nu pe deplin înțelese, chiar și la nivel clasic. Într-o anumită măsură, relativitatea generală poate fi văzut ca o teorie complet relațională, în care singura informație relevantă fizic este relația dintre diferite evenimente în spațiu-timp.

Pe de altă parte, mecanica cuantică încă de la început a depins de o structură cu un mediu fix (non-dinamic). În cazul mecanicii cuantice, timpul este dat și nu este dinamic, la fel ca în mecanica clasică newtoniană. În teoria câmpului cuantic relativist, la fel ca în teoria câmpului clasic, spațiu-timpul Minkowski este mediul fix al teoriei. În cele din urmă, teoria corzilor a început ca o generalizare a teoriei câmpului cuantic unde, în loc de particule punctiforme, obiectele-corzi se propagă într-un mediu spațiu-timp fix.

Teoria câmpului cuantic pe medii curbate (non-Minkowskiene), deşi nu este o teorie cuantică a gravitației, a arătat că unele dintre ipotezele de bază ale teoriei câmpului cuantic nu pot fi reportate în spațiul-timp curbat. În particular, vacuumul, atunci când acesta există, este dovedit că depind de calea observatorului în spațiu-timp. De asemenea, conceptul de câmp este considerat a fi fundamental peste conceptul de particule (care apare ca o modalitate convenabilă de a descrie interacțiunile localizate).

Din punct de vedere istoric, au existat două reacții la inconsistența aparentă a teoriilor cuantice cu independența necesară a mediului în relativitatea generală. Prima este că interpretarea geometrică a relativității generale nu este fundamentală, ci doar o calitate emergentă a unor teorii dependente de mediu. Acest lucru este menționat în mod explicit, de exemplu, în manualul clasic Gravitația şi cosmologia al lui Steven Weinberg. Punctul de vedere opus este că de independenţa mediului este fundamentală, și mecanica cuantică trebuie să fie generalizată astfel încât să nu existe niciun timp specificat a-priori. Punctul de vedere geometric este expus în manualul clasic al lui Misner, Wheeler și Thorne, Gravitaţia. Este interesant faptul că două cărți ai unor giganţi ai fizicii teoretice exprimă opinii complet opuse despre gravitație, deşi au fost publicate aproape simultan, la începutul anilor 1970. Motivul a fost că s-a ajuns la un impas. De atunci, însă, s.au făcut progrese rapide pe ambele fronturi, ceea ce a dus în cele din urmă la teoria corzilor și gravitaţia cuantică în buclă.

Gravitaţia cuantică în buclă este rodul efortului de a formula o teorie cuantică independentă de mediu. Teoria topologică a câmpului cuantic a oferit un exemplu al teoriei cuantice independente de mediu, dar fără grade locale de libertate, și doar cu un număr finit de grade de libertate la nivel global. Acest lucru este inadecvat pentru a descrie gravitația, care chiar și în vid are grade locale de libertate în conformitate cu relativitatea generală.

Buclele Wilson şi rețelele de spin

În GCB, structura spațiu-timpului este o rețea spumoasă de bucle care interacționează, descrise matematic de rețelele de spin. Aceste bucle au dimensiunea de 10-35 metri, numită scara Planck. Nodurile buclelor împreună margini, suprafețe, și vertexuri, asemănător cu bulele de săpun alăturate. Cu alte cuvinte, spațiu-timpul în sine este cuantificat. Orice încercare de a diviza o buclă, dacă ar avea succes, ar face ca acesta să se împartă în două bucle, fiecare cu dimensiunea originală. În GCB, rețelele de spin reprezintă stările cuantice ale geometriei spațiu-timp relativ. Privitî dintr-un alt unghi, teoria relativității generale a lui Einstein este (aşa cum Einstein a prezis) o aproximare clasică a geometriei cuantificate.

Gravitaţia cuantică în buclă şi cosmologia cuantică

Un principiu important în cosmologia cuantică la care aderă GCB este că nu există observatori din afara universului. Toți observatorii trebuie să fie parte a universului în care se observă. Cu toate acestea, deoarece conurile de lumină limitează informațiile disponibile pentru orice observator, ideea platonică de adevăruri absolute nu există într-un univers GCB. În schimb, există o consistență de adevăruri în care fiecare observator va raporta rezultate consistente (nu neapărat la fel), în cazul în care sunt sinceri.

Un alt principiu important este problema constantei cosmologice, care este densitatea de energie inerentă într-un vid. Pentru că teoria corzilor / teoria M face uz de supersimetrie, fizica implică o constantă comsologică negativă sau zero. Acest lucru este în contradicție aparentă cu observația, care constată un rezultat pozitiv, dar foarte aproape de zero, al constantei cosmologice. Oricum, starea fundamentală în GCB este pozitivă, deși foarte mică; GCB, spre deosebire de rivalele sale, teoria corzilor şi teoria M, se pare că include o constantă cosmologică pozitivă în acord cu observația.

Testele experimentale de GCB?

Spre deosebire de teoria corzilor și teoria M, GCB face ipoteze testabile experimental.

Calea unui foton printr-o geometrie spațiu-timp discretă ar fi diferită de la calea aceluiaşi foton prin spațiu-timp continuu. În mod normal, astfel de diferențe ar trebui să fie nesemnificative, dar Giovanni Amelino-Camelia subliniază că fotonii care au călătorit prin galaxii îndepărtate pot dezvălui structura de spațiu-timp. GCB prezice că fotonii mai energici ar trebui să călătorească puţin mai rapid decât fotonii mai puțin energetici. Acest efect ar putea fi prea mic pentru a se observa în galaxia noastră. Cu toate acestea, lumina care ajunge la noi din explozii de raze gamma din alte galaxii ar trebui să manifeste o schimbare spectrală care variază în timp. Cu alte cuvinte, radiaţia gamma din explozii îndepărtate ar trebui să apară la început mai albăstrui și spre final mai roșiatice.

Rezultatul recent că gravitația se propagă cu viteza luminii este în concordanță cu GCB. Cu toate acestea, rezultatul constrânge semnificativ teoria corzilor și, probabil, teoria M, deoarece un număr mare de dimensiuni ar permite gravitaţiei să se propage de-a lungul dimensiunilor suplimentare. Acest rezultat nu exclude de la sine toate formele din teoria corzilor.

Lasă un răspuns

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