Kvantgravitatsiooni silmus – mis see on? Just seda küsimust käsitleme selles artiklis. Alustuseks määratleme selle omadused ja faktilise teabe ning seejärel tutvume selle vastasega - stringiteooriaga, mida käsitleme üldises vormis ahela kvantgravitatsiooni mõistmiseks ja seosteks.
Sissejuhatus
Üks kvantgravitatsiooni kirjeldavatest teooriatest on andmete kogum kontuurigravitatsiooni kohta Universumi korralduse kvanttasandil. Need teooriad põhinevad nii aja kui ruumi diskreetsuse kontseptsioonil Plancki skaalal. Võimaldab realiseerida hüpoteesi pulseerivast universumist.
Lee Smolin, T. Jacobson, K. Rovelli ja A. Ashtekar on ahela kvantgravitatsiooni teooria rajajad. Selle kujunemise algus langeb 80ndatele. XX sajand. Selle teooria väidete kohaselt on "ressursid" - aeg ja ruum - diskreetsete fragmentide süsteemid. Neid kirjeldatakse kui kvantisuurusi rakke, mida hoitakse erilisel viisil koos. Suurte suurusteni jõudes täheldame aga aegruumi sulandumist ja see tundub meile pidev.
Kirjutab gravitatsiooni ja universumi osakesed
Kvantgravitatsiooni silmuse teooria üks silmatorkavamaid "omadusi" on selle loomulik võime lahendada mõningaid füüsikaprobleeme. See võimaldab teil selgitada paljusid osakeste füüsika standardmudeliga seotud küsimusi.
2005. aastal avaldati S. Bilson-Thompsoni artikkel, kus ta pakkus välja mudeli, millel on ümberkujundatud Rishon Harari, mis võttis pikendatud lintobjekti kuju. Viimast nimetatakse lindiks. Hinnanguline potentsiaal viitab sellele, et see võib selgitada kõigi alamkomponentide sõltumatu korralduse põhjust. Lõppude lõpuks on see nähtus, mis põhjustab värvi laengu. Eelmine preoonimudel pidas enda jaoks põhielemendiks punktosakesi. Värvilaeng oli postuleeritud. See mudel võimaldab kirjeldada elektrilaenguid topoloogilise üksusena, mis võib tekkida lindi keerdumise korral.
Nende kaasautorite teine, 2006. aastal ilmunud artikkel on teos, milles osalesid ka L. Smolin ja F. Markopolu. Teadlased on esitanud oletuse, et kõik kvantahela gravitatsiooni teooriad, mis kuuluvad silmuste klassi, väidavad, et nendes on ruum ja aeg olekud, mida ergastab kvantimine. Need seisundid võivad mängida preonide rolli, mis viib tuntud standardmudeli tekkimiseni. See omakorda põhjustabteooria omaduste tekkimine.
Neli teadlast väitsid ka, et kvantahela gravitatsiooni teooria suudab reprodutseerida standardmudelit. See ühendab neli põhijõudu automaatselt. Sellisel kujul on mõiste "brad" (põimunud kiuline aegruum) all mõeldud siin preonide mõistet. Just ajud võimaldavad taasluua osakeste “esimese põlvkonna” esindajatest õige mudeli, mis põhineb fermionidel (kvarkidel ja leptonitel) valdav alt õigete viisidega fermioonide endi laengu ja paarsuse taasloomiseks.
Bilson-Thompson soovitas, et 2. ja 3. põlvkonna põhilise "seeria" fermione saab kujutada samade bradidena, kuid keerukama struktuuriga. 1. põlvkonna fermione esindavad siin kõige lihtsamad ajud. Siinkohal on aga oluline teada, et konkreetseid ideid nende seadme keerukuse kohta pole veel välja toodud. Arvatakse, et värvi- ja elektritüüpide laengud, samuti osakeste paarsuse "staatus" esimeses põlvkonnas kujunevad täpselt samamoodi nagu teistes. Pärast nende osakeste avastamist tehti palju katseid, et tekitada neile kvantkõikumiste mõju. Katsete lõpptulemused näitasid, et need osakesed on stabiilsed ega lagune.
Riba struktuur
Kuna käsitleme siin teavet teooriate kohta ilma arvutusi kasutamata, võime öelda, et see on tsükli kvantgravitatsioon "teekannud." Ja ta ei saa hakkama ilma lindi struktuure kirjeldamata.
Olemid, milles mateeriat esindab sama "kraam" kui aegruumi, on Bilson-Thompsoni meile esitatud mudeli üldine kirjeldav esitus. Need olemid on antud kirjeldava tunnuse lindistruktuurid. See mudel näitab meile, kuidas tekivad fermioonid ja kuidas moodustuvad bosonid. See aga ei vasta küsimusele, kuidas saab Higgsi bosonit brändingu abil saada.
L. Freidel, J. Kovalsky-Glikman ja A. Starodubtsev 2006. aastal ühes artiklis väitsid, et gravitatsiooniväljade Wilsoni jooned suudavad kirjeldada elementaarosakesi. See tähendab, et osakeste omadused vastavad Wilsoni ahelate kvalitatiivsetele parameetritele. Viimased on omakorda ahela kvantgravitatsiooni põhiobjektiks. Neid uuringuid ja arvutusi peetakse ka täiendavaks aluseks Bilsoni-Thompsoni mudeleid kirjeldavale teoreetilisele toele.
Kasutades pöörleva vahumudeli formalismi, mis on otseselt seotud käesolevas artiklis uuritud ja analüüsitud teooriaga (T. P. K. G.), ning tuginedes selle kvantahela gravitatsiooni teooria algsele põhimõtetele võimalik reprodutseerida mõningaid standardmudeli tükke, mida varem polnud võimalik saada. Need olid footoni osakesed, ka gluoonid ja gravitonid.
Seal onka gelon-mudel, mille puhul brad nende puudumise tõttu ei arvestata. Kuid mudel ise ei anna täpset võimalust nende olemasolu eitada. Selle eeliseks on see, et saame kirjeldada Higgsi bosonit teatud tüüpi liitsüsteemina. Seda seletatakse keerukamate sisestruktuuride olemasoluga suure massiväärtusega osakestes. Arvestades vöörihmade keerdumist, võime eeldada, et see struktuur võib olla seotud massiloomemehhanismiga. Näiteks Bilson-Thompsoni mudeli vorm, mis kirjeldab footonit nullmassiga osakesena, vastab keerdumata bradi olekule.
Bilson-Thompsoni lähenemisviisi mõistmine
Kvantahela gravitatsiooni loengutes, kirjeldades parimat lähenemist Bilsoni-Thompsoni mudeli mõistmiseks, mainitakse, et see elementaarosakeste preoonmudeli kirjeldus võimaldab iseloomustada elektrone kui lainelise iseloomuga funktsioone. Asi on selles, et koherentsete faasidega spin-vahtude kvantolekute koguarvu saab kirjeldada ka lainefunktsiooni terminite abil. Praegu käib aktiivne töö elementaarosakeste teooria ja T. P. K. G.
ühtlustamiseks
Kvantgravitatsiooni silmusgravitatsiooni käsitlevate raamatute hulgast leiab palju infot näiteks O. Feirini teostest kvantmaailma paradokside kohta. Teiste tööde hulgas tasub tähelepanu pöörata Lee Smolini artiklitele.
Probleemid
Artikkel, Bilson-Thompsoni muudetud versioonis, tunnistab, etosakeste massispekter on lahendamata probleem, mida tema mudel ei suuda kirjeldada. Samuti ei lahenda ta keerutuste, Cabibbo segamisega seotud küsimusi. See nõuab linki põhjalikuma teooriaga. Artikli hilisemates versioonides kirjeldatakse paelte dünaamikat, kasutades Pachneri üleminekut.
Füüsikamaailmas on pidev vastasseis: stringiteooria vs ahela kvantgravitatsiooni teooria. Need on kaks põhiteost, mille kallal on töötanud ja töötavad paljud kuulsad teadlased üle maailma.
Stringiteooria
Kvantahela gravitatsiooni ja stringiteooria teooriast rääkides on oluline mõista, et need on kaks täiesti erinevat viisi universumi aine ja energia struktuuri mõistmiseks.
Stringiteooria on füüsikateaduse "evolutsioonitee", mis püüab uurida vastastikuse tegevuse dünaamikat mitte punktosakeste, vaid kvantstringide vahel. Teooria materjal ühendab idee kvantmaailma mehaanika ja relatiivsusteooria kohta. Tõenäoliselt aitab see inimesel koostada tulevase kvantgravitatsiooni teooria. Just uuritava objekti kuju tõttu püüab see teooria kirjeldada universumi aluseid teistmoodi.
Erinev alt kvantahela gravitatsiooni teooriast põhinevad stringiteooria ja selle alused hüpoteetilistel andmetel, mis viitavad sellele, et iga elementaarosake ja kõik selle fundamentaalse iseloomuga vastasmõjud on kvantstringide vibratsiooni tulemus. Nendel universumi "elementidel" on ultramikroskoopilised mõõtmed ja Plancki pikkuse suurusjärgus skaalad on 10-35 m.
Selle teooria andmed on matemaatiliselt tähendusrikkad üsna täpselt, kuid tegelikku kinnitust pole see veel eksperimentide vallas leidnud. Stringiteooriat seostatakse multiversumitega, mis kujutavad endast informatsiooni tõlgendamist lõpmatus arvus maailmades, millel on absoluutselt kõige erinevat tüüpi ja erineva arenguvormiga.
Alus
Kvantgravitatsioon või stringiteooria? See on üsna oluline küsimus, mis on raske, kuid vajab mõistmist. See on eriti oluline füüsikute jaoks. Stringiteooria paremaks mõistmiseks on oluline teada mõnda asja.
Stringiteooria võib anda meile kirjelduse üleminekust ja iga põhiosakese kõigist omadustest, kuid see on võimalik ainult siis, kui saaksime stringe ekstrapoleerida ka füüsika madala energiaga valdkonda. Sellisel juhul oleksid kõik need osakesed ergastusspektri piirangud mittelokaalses ühemõõtmelises läätses, mida on lõpmatu arv. Stringide iseloomulik mõõde on äärmiselt väike väärtus (umbes 10-33 m). Seda silmas pidades ei ole inimesel võimalik neid katsete käigus jälgida. Selle nähtuse analoogiks on muusikariistade keelpillide vibratsioon. Spektriandmed, mis "moodustavad" stringi, võivad olla võimalikud ainult teatud sageduse korral. Sageduse kasvades kasvab ka energia (vibratsioonidest kogunev). Kui sellele väitele rakendada valemit E=mc2, siis saame luua Universumi moodustava aine kirjelduse. Teooria postuleerib, et osakeste massi mõõtmed, mis avalduvad kuivibreerivaid stringe täheldatakse pärismaailmas.
Keelte füüsika jätab lahtiseks küsimuse aegruumi mõõtmetest. Täiendavate ruumimõõtmete puudumist makroskoopilises maailmas selgitatakse kahel viisil:
- Mõõtmete tihendamine, mis on keeratud suurustesse, milles need vastavad Plancki pikkuse järjekorrale;
- Mitmemõõtmelise universumi moodustavate osakeste kogu arvu lokaliseerimine neljamõõtmelisele "maailma lehele", mida kirjeldatakse kui multiversumit.
Kvantimine
Selles artiklis käsitletakse mannekeenide ahela kvantgravitatsiooni teooria kontseptsiooni. Seda teemat on matemaatilisel tasandil äärmiselt raske mõista. Siin käsitleme üldist esitust, mis põhineb kirjeldaval lähenemisel. Veelgi enam, seoses kahe "vastandliku" teooriaga.
Stringiteooria paremaks mõistmiseks on oluline teada ka primaarse ja sekundaarse kvantimise lähenemisviisi olemasolu.
Teine kvantimine põhineb stringivälja kontseptsioonil, nimelt silmuste ruumi funktsionaalsusel, mis on sarnane kvantväljateooriaga. Esmase lähenemise formalismid loovad matemaatiliste tehnikate kaudu kirjelduse teststringide liikumisest nende välistes väljades. See ei mõjuta negatiivselt stringide vahelist koostoimet ning hõlmab ka stringide lagunemise ja ühtlustamise nähtust. Peamine lähenemisviis on seos stringiteooriate ja tavapäraste väljateooriate väidete vahelmaailma pind.
Supersümmeetria
Stringiteooria kõige olulisem ja kohustuslik, aga ka realistlikum "element" on supersümmeetria. Üldine osakeste kogum ja nendevahelised interaktsioonid, mida täheldatakse suhteliselt madalate energiate juures, on võimelised reprodutseerima standardmudeli struktuurset komponenti peaaegu igal kujul. Paljud standardmudeli omadused saavad superstringiteooria osas elegantsed seletused, mis on ka teooria jaoks oluline argument. Siiski puuduvad veel põhimõtted, mis seletaksid seda või teist stringiteooriate piirangut. Need postulaadid peaksid võimaldama saada standardmudeliga sarnase maailma kuju.
Atribuudid
Stringiteooria kõige olulisemad omadused on:
- Universumi struktuuri määravad põhimõtted on gravitatsioon ja kvantmaailma mehaanika. Need on komponendid, mida ei saa üldise teooria loomisel eraldada. Stringiteooria rakendab seda eeldust.
- Kahekümnenda sajandi paljude väljatöötatud kontseptsioonide uurimused, mis võimaldavad meil mõista maailma põhistruktuuri koos kõigi nende paljude toimimis- ja seletuspõhimõtetega, on ühendatud ja tulenevad stringiteooriast.
- Stringiteoorial ei ole vabu parameetreid, mida tuleb ühtluse tagamiseks kohandada, nagu on näiteks nõutud standardmudelis.
Kokkuvõtteks
Lihtsam alt öeldes on kvantahela gravitatsioon üks viis reaalsuse tajumisekspüüab kirjeldada maailma põhistruktuuri elementaarosakeste tasandil. See võimaldab teil lahendada paljusid füüsikaprobleeme, mis mõjutavad aine korraldust, ja kuulub ka maailma juhtivate teooriate hulka. Selle peamine vastane on stringiteooria, mis on viimase paljusid tõeseid väiteid arvestades üsna loogiline. Mõlemad teooriad leiavad kinnitust elementaarosakeste uurimise erinevates valdkondades ning katsed ühendada "kvantmaailm" ja gravitatsioon jätkuvad tänapäevani.