Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Forţe fundamentale » Gravitația » Probleme conceptuale cu teoriile gravitației cuantice

Probleme conceptuale cu teoriile gravitației cuantice

Cea mai evidentă particularitate a teoriilor actuale ale gravitației cuantice este lipsa de date. Adică, nu există fenomene care să poată fi identificate fără echivoc ca urmare a unei interacțiuni între relativitatea generală și teoria cuantică – o situație care contestă cu certitudine dreptul gravității cuantice de a fi considerat o adevărată ramură a științei!

Această lipsă de date empirice evidente rezultă dintr-un argument simplu, dimensional, conform căruia gravitația cuantică are o scală naturală de lungime – lungimea Planck LP definită prin analiza dimensională – extrem de mică: 10-35 m. Prin comparație: diametrele unui atom, proton și quarc sunt, respectiv, de aproximativ 10-10 m, 10-15 m și 10-18 m. Deci, lungimea lui Planck este cu mai multe ordine de mărime mai mică față de limita superioară pentru diametrul unui quarc. Celelalte așa-numite „scale” Planck, cum ar fi energia Planck și timpul Planck, sunt la fel de extreme: energia Planck EP are o valoare de 1022 MeV, ceea ce depășește cu mult experimentele de laborator previzibile; iar timpul Planck (definit ca TP: = LP/c) are o valoare de aproximativ 10-42 s.

Aceste valori sugerează că singurul regim fizic în care efectele gravitației cuantice ar putea fi studiate direct – în sensul că se poate aștepta ceva foarte specific – se află în epoca imediată a big-bang-ului universului – ceea ce nu este cel mai ușor de cercetat experimental! Această problemă este amplificată de faptul că, modulo anumite finețuri tehnice, orice teorie inversă Lorentz de interacțiune a gravitonilor spin-2 cu un tensor conservat de energie-impuls va produce aceleași amplitudini de împrăștiere energetică redusă ca cele obținute de la o extindere perturbativă a lui \\lagrangianului lui Einstein . Astfel, diferitele teorii de gravitație cuantică ar putea să-și dezvăluie empiric diferențele doar la energii foarte mari.

Această lipsă de date are implicații atât pentru fizică, cât și pentru filozofie. Pentru fizică, principala consecință este pur și simplu aceea că devine foarte dificil să se construiască o teorie: constatăm faptul că o teorie cuantică a gravitației pe deplin satisfăcătoare rămâne evazivă după patruzeci de ani de efort intens. Desigur, multe lucruri s-au învățat despre trăsăturile pe care o astfel de teorie ar putea să le posede, deși, în parte, prin eliminarea unor caracteristici despre care acum se știe că nu funcționează. Un bun exemplu este nerenormalizabilitatea perturbativă a abordării particulelor fizice asupra gravitației cuantice.

Dar există mai mult decât dificultatea construirii teoriei și decât lipsa de date, și acest „mai mult” se referă la filosofie în două moduri. În primul rând, această dificultate se datorează parțial problemelor conceptuale care au în mod clar discuții filosofice despre concepte precum spațiu, timp și materie. Aici avem în vedere ambele tipuri de problemă conceptuală: cele care decurg din disparitatea bazelor relativității generale și ale teoriei cuantice, și de asemenea, probleme despre fiecare dintre aceste teorii în sine. Pentru a lua un exemplu evident al celui din urmă, gravitația cuantică este considerată de obicei a include cosmologia cuantică; și aici, ideea unei „stări cuantice a universului” se confruntă imediat cu probleme conceptuale despre teoria cuantică, cum ar fi sensul probabilității și interpretarea stării cuantice a unui sistem închis – în acest caz, universul în întregime. Și astfel de exemple nu provin numai din teoria cuantică, cu problemele conceptuale notorii. De asemenea, ele provin de la relativitatea generală – ale cărei fundații sunt mai gri decât filosofii le consideră de obicei ca fiind. Pentru a rezuma: dificultatea construirii teoretice se datorează parțial problemelor conceptuale (și prin urmare este legată de filozofie), nu doar lipsei de date.

În al doilea rând, construcția teoretică este dificilă, deoarece nu există nici măcar un acord asupra tipurilor de date pe care le-ar obține o teorie cuantică a gravitației, dacă am putea obține accesul la ele! Mai exact, argumentul dimensional discutat mai sus sugerează că doar fenomenele la aceste distanțe foarte mici sau energii înalte ar manifesta efecte gravitaționale cuantice; ceea ce implică faptul că aplicarea principală a teoriei cuantice a gravitației poate fi la fizica universului foarte timpuriu. Cu toate acestea, acest argument se bazează pe ipoteza că orice cantitate măsurabilă fizic poate fi exprimată ca o serie de puteri ale unui număr ca E/EP (unde E este o scală energetică caracteristică pentru un experiment), astfel încât valoarea estimată a cantității să fie mică în orice experimentul care generează scale de energie care sunt mult mai mici decât EP. Dar experiența în altă parte a teoriei câmpului cuantic sugerează că pot apărea și „efecte neperturbatoare”, în care valorile prezise ale anumitor cantități măsurabile nu sunt funcții analitice ale constantei de cuplare, iar acest lucru schimbă în totalitate argumentul: de exemplu, dacă x este un număr foarte mic, atunci | log x | este foarte mare!

Această incertitudine ne pune într-o „dublă legătură”. Pe de o parte, este greu de găsit teoria fără ajutorul datelor sau chiar a unei concepții convenite cu privire la tipul de date care ar fi relevant. Pe de altă parte, putem să aplicăm teoriile noastre actuale (și să obținem dovezi din) regimuri mult mai bune decât cele determinate de scala Planck; și nu putem judeca ce fenomene ar putea fi relevante pentru o teorie a gravitației cuantice, până când nu știm ce este teoria.

În această situație dificilă, construcția teoretică devine în mod inevitabil mult mai puternic influențată de considerente teoretice extinse decât în ​​zonele obișnuite ale fizicii. Mai exact, se bazează pe diferitele opinii prima facie despre ceea ce ar trebui să arate teoria – acestea fiind întemeiate parțial pe prejudecățile filosofice ale cercetătorului în cauză și, parțial, pe existența tehnicilor matematice care au avut succes în ceea ce se consideră (poate în mod greșit) ca fiind domenii strâns legate de fizica teoretică, cum ar fi teoriile gauge non-abeliene. În astfel de circumstanțe, scopul unui program de cercetare tinde spre construirea schemelor teoretice abstracte care sunt compatibile cu un cadru conceptual preconceput și sunt coerente intern într-un sens matematic.

Această situație nu duce doar la o „subdeterminare extremă a teoriei prin date”, în care multe teorii sau scheme, nu doar unice, sunt prezentate pentru evaluarea filosofică. Mai problematic, tinde să producă scheme bazate pe o gamă largă de motivații filosofice, care, de vreme ce ele sunt rareori articulate, ar putea fi presupuse a fi proiecții inconștiente ale psihicului cercetătorului individual – și ar putea fi respinse ca atare! Într-adevăr, practicienii unui anumit program de cercetare întâmpină frecvent dificultăți în înțelegerea sau atribuirea valabilității la ceea ce încearcă să facă membrii unui program rival. Acesta este motivul pentru care este important să descoperim cât mai multe ipoteze care stau în spatele fiecărei abordări: problema „profundă” a unei persoane poate părea irelevantă pentru alta, pur și simplu pentru că pozițiile de plecare sunt atât de diferite.

Această situație subliniază, de asemenea, importanța încercării de a găsi o arie din fizică în care orice teorie presupusă ar putea fi testată direct. O întrebare deosebit de importantă în acest context este dacă argumentul dimensional discutat mai sus poate fi depășit, adică dacă există efecte gravitaționale cuantice măsurabile cu mult sub planurile Planck; probabil rezultând dintr-un fel de efect non-perturbativ. Cu toate acestea, existența unor astfel de efecte, precum și fenomenele pe care le prezic, sunt ele însele probabil puternic dependente de teorie.

Din toate acestea, rezultă că subiectul gravitației cuantice nu se prezintă filozofului cu o ramură unificată conceptual sau metodologic a fizicii, cu atât mai puțin o teorie bine definită; ci în schimb cu o gamă largă și variată de abordări.

Sursa: Jeremy Butterfield, Christopher Isham, Spacetime and the Philosophical Challenge of Quantum Gravity

Buclele cauzale în călătoria în timp
Buclele cauzale în călătoria în timp

Despre posibilitatea călătoriei în timp pe baza mai multor lucrări de specialitate, printre care cele ale lui Nicholas J.J. Smith („Time Travel”, The Stanford Encyclopedia of Philosophy”), William Grey (”Troubles with Time Travel”), Ulrich Meyer (”Explaining causal loops”), Simon Keller … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $0,00$2,15 Selectează opțiunile
Isaac Newton despre acțiunea la distanță în gravitație - Cu sau fără Dumnezeu?
Isaac Newton despre acțiunea la distanță în gravitație – Cu sau fără Dumnezeu?

Autor: Nicolae Sfetcu Colecția ESEURI Interpretarea textelor lui Isaac Newton a suscitat numeroase controverse, până în zilele noastre. Una din cele mai aprinse dezbateri este legată de acțiunea între două corpuri aflate la distanță unul de celălalt (atracția gravitațională), și … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $0,00$2,20 Selectează opțiunile
Teoria specială a relativității
Teoria specială a relativității

Teoria relativității speciale a fost propusă în 1905 de Albert Einstein în articolul său „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare”. Titlul articolului se referă la faptul că relativitatea rezolvă o neconcordanță între ecuațiile lui Maxwell și mecanica clasică. Teoria se bazează … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $1,99 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

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