Петлевая квантовая гравитация. Квантовая гравитация

Нужна ли квантовой гравитации теория струн? (13 фото)

«Я просто думаю, что в струнной теории произошло слишком много хороших вещей, чтобы она была совершенно неправильной. Люди не очень хорошо ее понимают, но я просто не верю в гигантский космический замысел, который создал эту невероятную вещь, и чтобы она не имела ничего общего с реальным миром», — сказал однажды Эдвард Уиттен.

Безо всяких сомнений, с математической точки зрения нет недостатка в невероятных, прекрасных и элегантных теориях. Но не все они подходят для нашей физической Вселенной. Кажется, что на каждую блестящую идею, которая точно описывает, что мы можем наблюдать и измерить, приходится по меньшей мере одна блестящая идея, которая пытается описать те же вещи, но остается в корне неверной. На прошлой неделе мы задались вопросом, который сводится к примерно следующей сути.

Квантовая гравитация. Мы хотели бы знать, имеется ли какой-нибудь прогресс в этой области за последние пять-десять лет. Нам, обычным смертным, кажется, что эта сфера малость подзастряла, а теория струн начала падать в забытие, поскольку ее сложно проверить и у нее имеется 10^500 возможных решений. Правда ли это, или же где-то за кулисами протекает некий прогресс, на который пресса просто не обращает внимания?

Во-первых, стоит провести большую разделительную черту между идеей квантовой гравитации, решением теории струн (или предлагаемым решением) и другими альтернативами.

Начнем со Вселенной, которую мы знаем и любим. С одной стороны, есть общая теория относительности, наша теория гравитации. Она утверждает, что вместо того, чтобы быть простым действием на расстоянии, как завещал Ньютон, когда все массы во всех местах оказывают силы друг на друга обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, в ее основе лежит более тонкий механизм.

Масса, как установил Эйнштейн с принципом эквивалентности и E=mc^2 в 1907 году, была одной из форм энергии во Вселенной. Эта энергия, в свою очередь, искривляет саму ткань пространства-времени, изменяя путь движения всех объектов и изменяя то, что наблюдатель мог наблюдать в виде картезианской сетки. Объекты не ускоряются за счет невидимой силы, а скорее путешествуют по пути, определяемому влиянием всех различных форм энергии во Вселенной.

Это гравитация.

С другой стороны, у нас есть другие законы природы: квантовые. Есть электромагнетизм, за который отвечают электрически заряженные частицы, их движение и который описывается переносчиком силы фотоном, который выступает посредником при этих взаимодействиях и дарит нам явления, которые мы связываем с электростатикой и магнетизмом. Есть также две ядерных силы: слабая ядерная сила, ответственная за явления вроде радиоактивного распада, и сильная ядерная сила, которая удерживает атомные ядра вместе и позволяет существовать протонам и нейтронам.

Расчеты для этих сил обычно происходят в плоском пространстве-времени, с которого каждый студент начинает изучение квантовой теории поля. Но этого недостаточно, когда мы присутствуем в искривленном пространстве, как того диктует общая теория относительности.

«Итак, — скажете вы, — мы просто будем проводить вычисления нашей теории поля на фоне искривленного пространства!». Это известно как полуклассическая гравитация, и этот тип вычислений позволяет нам рассчитывать вещи вроде излучения Хокинга. Но даже это имеется только на горизонте самой черной дыры, а не там, где гравитация будет во всей своей красе. Есть много физических случаев, в которых нам пригодилась бы квантовая теория гравитации, и все они связаны с гравитационной физикой на мельчайших масштабах, на крошечных дистанциях.

Что, к примеру, происходит в центральных районах черных дыр? Вы можете подумать, мол, «о, там же сингулярность», но сингулярность — это не столько точка с бесконечной плотностью, сколько случай, где математический инструмент общей теории относительности выдает бессмысленные ответы на вопросы о потенциалах и силах. Что происходит, когда электрон проходит через двойную щель? Проходит ли гравитационное поле через обе щели? Или через одну? Общая теория относительности ничего не говорит на этот счет.

Считается, что должна быть квантовая теория гравитации, которая объяснит эти и другие проблемы, присущие в «гладкой» теории гравитации вроде ОТО. Для того чтобы объяснить, что происходит на малых дистанциях в присутствии гравитационных источников — или масс, — нам нужна квантовая, дискретная, а значит, и построенная на частицах теория гравитации.

Благодаря свойствам самой ОТО, что-то мы уже знаем.

Известные квантовые силы определяются действием частиц, известных как бозоны, или частицы с целым спином. Фотоны определяют электромагнитную силу, W- и Z-бозоны выступают посредниками для слабой ядерной силы, а глюоны — для сильного ядерной силы. У всех этих частиц спин равен 1, причем для массивных частиц спин может принимать значение -1, 0 или +1, тогда как у безмассовых частиц (вроде глюонов и фотонов) он может принимать значение только -1 или +1.

Бозон Хиггса тоже является бозоном, только не выступает посредником для сил и обладает спином 0. Насколько мы знаем гравитацию — ОТО является тензорной теорией гравитации — ее посредником должна выступать безмассовая частица со спином 2, а значит ее спин может принимать значение -2 или +2 только.

Получается, мы что-то знаем о квантовой теории гравитации еще до попытки сформулировать ее. Мы знаем это, поскольку какой бы ни была квантовая теория гравитации, она должна быть в соответствии с ОТО, когда мы имеем дело с не самыми малыми дистанциями до массивных частиц или объектов, равно как и ОТО должна сводиться к ньютоновской гравитации в режиме слабого поля.

Большой вопрос, конечно, как это сделать. Как квантовать гравитацию, чтобы она была корректна (в описании реальности), соотносилась с ОТО и КТП и приводила к вычисляемым предсказаниям новых явлений, которые могут быть наблюдаемы, измеряемы или проверямы.

Ведущий претендент, как вы знаете, это теория струн.

Теория струн

Теория струн — интереснейшее поле, которое включает все стандартные модели полей и частиц, фермионы и бозоны. Она включает 10-мерную тензор-скалярную теорию гравитации: с 9 пространственными и 1 временным измерением и параметром скалярного поля. Если мы уберем шесть из этих пространственных измерений (через не до конца понятный процесс, который люди называют компактификацией) и позволим параметру (ω), который определяет скалярное взаимодействие, уйти в бесконечность, мы сможем восстановить ОТО.

Однако у теории струн есть целый ряд феноменологических проблем. Одна из них заключается в том, что из теории вытекает огромное число новых частиц, в том числе и все суперсимметричные, которых мы до сих пор не обнаружили. Она утверждает, что нет необходимости в «свободных параметрах», которыми обладает Стандартная модель (для масс частиц), но заменяет эту проблему еще худшей. Когда мы говорим о 10^500 возможных решениях, эти решения касаются ожидаемых значений струнных полей, и нет никакого механизма восстановить их; чтобы струнная теория работала, вам придется отказаться от динамики и просто сказать, что «она должна была быть выбрана антропно».

Впрочем, струнная теория — не единственный игрок на этом поле.

Петлевая квантовая гравитация

ПКГ представляте собой интересный взгляд на проблему: вместо того чтобы пытаться квантовать частицы, ПКГ утверждает, что само пространство является дискретным. Как обычно представляют гравитацию: натянутая простыня с шаром для боулинга в центре. Мы также знаем, что обычно простынь квантуется, то есть состоит из молекул, которые состоят из атомов, которые состоят из ядер (кварков и глюонов) и электронов.

Пространство может быть таким же! Поскольку оно выступает в качестве ткани, то состоит из конечных квантованных элементов. И, возможно, соткано из «петель», откуда и берется ее название. Соедините эти петли вместе, и вы получите сеть, представляющую квантовое состояние гравитационного поля. Согласно этой картине, квантуется не только материя, но и само пространство. Эта научная область до сих пор активно разрабатывается.

Асимптотически безопасная гравитация

Асимптотическая свобода была разработана в 1970-х годах, чтобы объяснить необычный характер сильного взаимодействия: это была очень слабая сила на чрезвычайно коротких расстояниях, которая становилась сильнее по мере того, как заряженные частицы расходились дальше и дальше. В отличие от электромагнетизма, который имел небольшую константу взаимодействия, у сильного взаимодействия она была большая. Из-за некоторых интересных свойств квантовой хромодинамики, если вы связываетесь с нейтральной (цветной) системой, сила взаимодействия быстро падает. Это можно было объяснить физическими размерами барионов (протонов и нейтронов, например) и мезонов (пионов, к примеру).

Асимптотическая свобода, с другой стороны, решила фундаментальную проблему, связанную с этим: вам нужны не малые взаимодействия, связи (или связи, которые стремятся к нулю), а, скорее, связи, которые просто будут конечными при высокоэнергетическом пределе. Все константы связи меняются с энергией, и асимптотическая свобода ставит высокоэнергетическую неподвижную точку для константы (технически, для группы ренормировки, из которой извлекается константа связи), а все остальное можно рассчитывать для низких энергий.

Во всяком случае такова идея. Мы выяснили, как делать это для измерений 1 + 1 (одно пространственное и одно временное), но не для 3 + 1. Однако прогресс движется, во многом благодаря Кристофу Веттериху, который издал две грандиозных работы в 90-х годах. Не так давно Веттерих использовал асимптотическую свободу — всего шесть лет назад, — чтобы рассчитать предсказание массы бозона Хиггса еще перед тем, как БАК нашел его. Результат же?

Удивительно, но его предсказания идеально совпали с находками БАК. Это настолько прекрасное предсказание, что, если асимптотическая безопасность верна и массы топ-кварка, W-бозона и бозона Хиггса установлены окончательно, для стабильной работы вплоть до планковских величин физике не понадобятся другие фундаментальные частицы.

Хотя асимптотически безопасной гравитации не уделяют много внимания, она остается весьма привлекательной и многообещающей теорией, как и теория струн: успешно квантует гравитацию, сводит ОТО до предела низких энергией и остается УФ-конечной. Кроме того, она обходит теорию струн по одному параметру: в ней нет целой горы нового материала, который мы пока не можем доказать.

Причинная динамическая триангуляция

Эта идея довольно нова и была разработана в 2000 году Ренатой Лолл в коллаборации с другими учеными. Она сходится с петлевой квантовой гравитацией в том, что пространство дискретно, но в первую очередь озабочена тем, как это пространство развивается. Одно из интересных свойств этой идеи в том, что время тоже должно быть дискретно. В итоге мы получаем четырехмерное пространство-время в настоящем времени, но на очень высоких энергиях и малых расстояниях (в планковских масштабах) оно проявляется в виде двумерной структуры. В ее основе лежит математическая структура под названием симплекс, которая является n-мерным обобщением треугольника. 2-симплекс — это треугольник, 3-симплекс — тетраэдр, и так далее. Одна из «прекрасных» фишек этого проявляется в виде причинности — известного многим понятия — которая сохраняется в причинной динамической триангуляции. Возможно, она сможет объяснить гравитацию, но непонятно на 100%, сможет ли в эти рамки уместиться Стандартная модель элементарных частиц.

Возникающая (индуцированная) гравитация

Возможно, наиболее спорной из последних теорий квантовой гравитации является энтропийная гравитация, предложенная Эриком Верлинде в 2009 году, согласно модели которой гравитация является не фундаментальной силой, а скорее возникает как явление, связанное с энтропией. На самом деле корни возникающей гравитации уходят к открывателю условий образования асимметрии материи-антиматерии, Андрею Сахарову, который предложил эту идею еще в 1967 году. Работа по-прежнему находится в зачаточном состоянии, но за последние 5-10 лет на этом поле имеется некоторый прогресс.

Вот что у нас на сегодняшний день есть по квантовой гравитации. Мы уверены, что без нее не поймем работу Вселенной на фундаментальном уровне, но понятия не имеем, в каком направлении из представленных пяти (и других) движение будет верным.

Другие статьи:

nlo-mir.ru

Квантовая гравитация - это... Что такое Квантовая гравитация?

Ква́нтовая гравита́ция — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия (и, в случае успеха — объединение таким образом гравитации с остальными тремя фундаментальными взаимодействиями, то есть построение т. н. «теории всего»).

Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы слева, Бозоны справа. (пункты на картинке кликабельны)

Проблемы создания

Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино — квантовая механика и общая теория относительности (ОТО), — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. В ОТО внешнего пространства-времени нет — оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.

При переходе к квантовой гравитации как минимум нужно заменить системы на квантовые (то есть произвести квантование), при этом правая часть уравнений Эйнштейна — тензор энергии-импульса материи — становится квантовым оператором. Возникающая связь требует какого-то квантования геометрии самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен и сколь-либо успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует[1].

Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности — квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией. Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий, недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

Перспективные кандидаты

Два основных направления, пытающихся построить квантовую гравитацию, — это теория струн и петлевая квантовая гравитация.

В первой из них вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны. Для многомерных задач браны являются многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся внутри этих бран, они являются пространственно-временными структурами.

Во втором подходе делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону, пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Эти маленькие квантовые ячейки пространства определённым способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают пёструю, дискретную структуру пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Хотя многие космологические модели могут описать поведение вселенной только начиная от планковского времени после Большого взрыва, петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, и даже заглянуть дальше. Петлевая квантовая гравитация, возможно, позволит описать все частицы Стандартной модели, не требуя для объяснения их масс введения бозона Хиггса[источник не указан 339 дней].

Основной проблемой тут является выбор координат. Можно сформулировать и общую теорию относительности в бескоординатной форме (например, с помощью внешних форм), однако вычисления тензора Римана осуществляются только в конкретной метрике. Любош Мотль — один из самых активных и остроумных пропагандистов теории струн — по этому поводу выразился так, что говорить, например, о «фоновой независимости» пропагатора спиновой сети петлевой теории гравитации без указания единичного состояния — то же самое, что вычислять ряд Тейлора в точке х0 без указания х0.

Ещё одной перспективной теорией, снимающей возражение Л. Мотля, является причинная динамическая триангуляция. В ней пространственно-временное многообразие строится из элементарных евклидовых симплексов (треугольник, тетраэдр, пентахор) с учётом принципа причинности. Четырёхмерность и псевдоевклидовость пространства-времени в макроскопических масштабах в ней не постулируются, а являются следствием теории.

Другие подходы

Существуют бесчисленное количество подходов к квантовой гравитации. Подходы различаются в зависимости от характеристик остающихся неизменными и тех которые меняются.[2][3] Примеры включают:

Акустическая метрика и другие аналоговые модели гравитации
Асимптоматическая безопасность
Причинная динамическая триангуляция[4]
Causal sets[5]
Теория полей групп[6]
MacDowell–Mansouri действие
НеКоммутативная геометрия.
Интеграл Пути модель Квантовая космология[7]
Исчисление Регге
Сеть Струнной жидкости что приводит к бесщелевой спиральности ± 2 возбуждений без каких-либо других бесщелевых возбуждений [8]
Сверхжидкий вакуум или теория BEC вакуума
Супергравитация
Твистор модели[9]

См. также

Примечания

↑ Более того, наивный «решёточный подход» к квантованию пространства-времени, как оказывается, не допускает правильного предельного перехода в теории калибровочных полей при устремлении шага решётки к нулю, что было отмечено в 1960-е гг. Брайсом Девиттом и широко учитывается ныне при проведении решёточных расчётов в квантовой хромодинамике.
↑ Isham Christopher J. Canonical Gravity: From Classical to Quantum. — Springer, 1994. — ISBN 3-540-58339-4
↑ Sorkin, Rafael D. (1997). «Forks in the Road, on the Way to Quantum Gravity». International Journal of Theoretical Physics 36 (12): 2759–2781. DOI:10.1007/BF02435709. Bibcode: 1997IJTP...36.2759S.
↑ Loll, Renate (1998). «Discrete Approaches to Quantum Gravity in Four Dimensions». Living Reviews in Relativity 1: 13. Bibcode: 1998LRR.....1...13L. Проверено 2008-03-09.
↑ Sorkin Rafael D. Lectures on Quantum Gravity. — Springer, 2005. — ISBN 0-387-23995-2
↑ See Daniele Oriti and references therein.
↑ Hawking Stephen W. 300 Years of Gravitation. — Cambridge University Press, 1987. — P. 631–651. — ISBN 0-521-37976-8.
↑ Wen 2006
↑ See ch. 33 in Penrose 2004 and references therein.

Ссылки

dic.academic.ru

Квантовая гравитация

Успех научных теорий, особенно теории тяготения Ньютона, привел французского ученого Пьера Симона Лапласа в начале девятнадцатого столетия к убеждению, что Вселенная полностью детерминирована. Иначе говоря, Лаплас полагал, что должен существовать ряд законов природы, которые позволяют — по крайней мере, в принципе — предсказать все, что случится во Вселенной. Для этого требуется «всего лишь» подставить в такие законы полную информацию о состоянии Вселенной в некоторый произвольно выбранный момент времени. Это называется заданием «начального состояния» или «граничных условий». (В случае граничных условий речь идет о границе в пространстве или времени; граничное состояние в пространстве есть состояние Вселенной у внешних ее границ — если таковые имеются.) Лаплас считал, что, располагая полным набором законов и зная начальные или граничные условия, мы сможем в точности определить состояние Вселенной в любой заданный момент времени.

Необходимость знать начальные условия, по видимому, интуитивно очевидна: различные текущие состояния, без сомнения, приведут к различным состояниям в будущем. Необходимость знания граничных условий в пространстве чуть труднее для понимания, но в принципе это то же самое. Уравнения, лежащие в основе физических теорий, могут давать весьма разнообразные решения, выбор между которыми основывается на начальных или граничных условиях. Здесь прослеживается отдаленная аналогия с состоянием банковского счета, на который поступают и с которого списываются большие суммы. Закончите вы банкротом или богачом, зависит не только от перечисляемых сумм, но и от начального состояния счета.

Если Лаплас прав, тогда физические законы позволят нам по известному сегодняшнему состоянию Вселенной определить ее состояния в прошлом и будущем. Например, зная положения и скорости Солнца и планет, мы можем при помощи законов Ньютона вычислить состояние Солнечной системы в любой момент прошлого или будущего . В случае планет детерминизм кажется совершенно очевидным — в конце концов, астрономы с очень высокой точностью предсказывают такие события, как затмения. Но Лаплас пошел дальше, предположив, что подобные законы управляют и всем остальным, включая человеческое поведение.

Но действительно ли ученые способны предвычислить все наши будущие действия? Число молекул в стакане воды превышает десять в двадцать четвертой степени (единица с двадцатью четырьмя нуля). На практике мы не имеем ни малейшей надежды узнать состояние каждой из них; еще меньше у нас шансов узнать точное состояние Вселенной или даже своего собственного тела. Так что, говоря о детерминированности Вселенной, мы подразумеваем, что, даже если наших интеллектуальных способностей недостаточно для этих вычислений, наше будущее тем не менее предопределено.

Эта доктрина научного детерминизма решительно отвергалась многими из тех, кто чувствовал, что она нарушает свободу Бога править миром по своей воле. Тем не менее детерминизм оставался в науке общепринятым предположением до начала двадцатого столетия. Одним из первых указаний на то, что от этого принципа придется отказаться, пришло от английских физиков Джона Уильяма Рэлея и Джеймса Джинса, вычисливших количество чернотельного излучения, которое должно испускать всякое нагретое тело, например звезда (в гл. 7 уже упоминалось, что любой материальный объект, будучи нагрет, испускает чернотельное излучение).

Согласно представлениям того времени горячее тело должно было испускать электромагнитные волны одинаково на всех частотах. Будь это так, равные энергии приходились бы на каждый цвет видимого спектра излучения, на каждую частоту микроволнового излучения, радиоволн, рентгеновских лучей и т. д. Напомним, что частотой волны называют число ее колебаний в секунду, то есть число «волн в секунду». Математически утверждение, что горячее тело одинаково испускает волны на всех частотах, означает, что оно излучает одно и то же количество энергии во всех диапазонах частот: от нуля до одного миллиона волн в секунду, от одного до двух миллионов, от двух до трех миллионов и так далее до бесконечности. Иначе говоря, некая единица энергии излучается с волнами, чья частота лежит в диапазоне от нуля до миллиона в секунду и во всех последующих интервалах. Тогда полная энергия, излучаемая на всех частотах, составит один плюс один плюс один… и так до бесконечности. И поскольку нет ограничений на возможное число волн в секунду, это суммирование энергий никогда не закончится. Получается, что полная излучаемая энергия должна быть бесконечной.

Чтобы уйти от этого явно абсурдного вывода, немецкий ученый Макс Планк в 1900 г . предположил, что видимый свет, рентгеновские лучи и другие электромагнитные волны могут испускаться только некоторыми дискретными порциями, которые он назвал «квантами». Сегодня мы называем квант света фотоном. Чем выше частота света, тем больше энергия его фотонов. Поэтому, хотя фотоны любого данного цвета или частоты полностью идентичны, фотоны различных частот согласно Планку несут разное количество энергии. Это означает, что в квантовой теории «самый слабый» свет любого данного цвета — свет, представленный одним единственным фотоном, — несет энергию, величина которой зависит от цвета (рис. 23). Например, частоты фиолетового света вдвое выше частот красного, и, следовательно, один квант фиолетового света несет вдвое больше энергии, чем один квант красного. Таким образом, самая маленькая порция фиолетовой световой энергии вдвое больше самой маленькой порции красной.

Рис. 23. «Самый слабый» свет.

Чем меньше фотонов, тем «слабее» свет. «Самый слабый» свет любого цвета — это свет, представленный одним фотоном.

Как это решает проблему абсолютно черного тела? Минимальное количество электромагнитной энергии, которую абсолютно черное тело может испустить на любой заданной частоте, равно энергии одного фотона этой частоты. На более высоких частотах энергия фотонов выше. То есть на высоких частотах самое маленькое количество энергии, которое может испустить абсолютно черное тело, оказывается больше. Для достаточно высокой частоты энергия одного кванта превышает всю энергию тела. На такой частоте свет не испускается, что кладет предел сумме, которая прежде считалась бесконечной. Таким образом, по теории Планка интенсивность излучения на высоких частотах должна снижаться. В результате уровень энергетических потерь тела становится конечной величиной, что и решает проблему абсолютно черного тела.

Квантовая гипотеза очень хорошо объяснила наблюдаемую интенсивность излучения горячих тел, но ее последствия для детерминизма не осознавались до 1926 г ., когда другой немецкий ученый, Вернер Гейзенберг, сформулировал знаменитый принцип неопределенности.

Принцип неопределенности говорит нам, что вопреки убеждениям Лапласа природа ограничивает нашу способность предсказывать будущее на основе физических законов. Дело в том, что для предсказания будущего положения и скорости частицы мы должны иметь возможность измерить ее начальное состояние, то есть ее текущие положение и скорость, причем измерить точно. Для этого, по всей видимости, следует подвергнуть частицу воздействию света. Некоторые из световых волн будут рассеяны частицей и укажут обнаружившему их наблюдателю положение частицы. Однако использование световых волн данной длины накладывает ограничения на точность, с которой определяется положение частицы: точность эта лимитируется расстоянием между гребнями волны. Таким образом, желая как можно точнее измерить положение частицы, вы должны использовать световые волны короткой длины, а значит, высокой частоты. Однако в соответствии с квантовой гипотезой Планка нельзя оперировать произвольно малым количеством света: вам придется задействовать по меньшей мере один квант, энергия которого с увеличением частоты становится больше. Итак, чем точнее вы стремитесь измерить положение частицы, тем выше должна быть энергия кванта света, который вы в нее направляете.

Согласно квантовой теории даже один квант света нарушит движение частицы, непредсказуемым образом изменив ее скорость. И чем выше энергия кванта света, тем больше вероятные возмущения. Стараясь повысить точность измерения положения, вы воспользуетесь квантом более высокой энергии, и скорость частицы претерпит значительные изменения. Чем точнее вы пытаетесь измерить положение частицы, тем менее точно вы можете измерить ее скорость, и наоборот. Гейзенберг показал, что неопределенность положения частицы, помноженная на неопределенность ее скорости и на массу частицы, не может быть меньше некоторой постоянной величины. Значит, уменьшив, например, вдвое неопределенность положения частицы, вы должны удвоить неопределенность ее скорости, и наоборот. Природа навсегда ограничила нас условиями этой сделки.

Насколько плохи данные условия? Это зависит от упомянутой «некоторой постоянной величины». Ее называют постоянной Планка, и она ничтожна мала. Ввиду малости постоянной Планка последствия описанной сделки и квантовой теории в целом, подобно эффектам теории относительности, незаметны в повседневной жизни. (Хотя квантовая теория и влияет на нашу жизнь, будучи основой, в частности, современной электроники.) Например, определив скорость теннисного шарика массой один грамм с точностью до одного сантиметра в секунду, мы можем установить его положение с точностью, намного превосходящей любые практические потребности. Но если измерить положение электрона с точностью примерно до размеров атома, то невозможно определить его скорость с погрешностью меньше, чем плюс минус 1000 километров в секунду, что никак не назовешь точным измерением.

Предел, установленный принципом неопределенности, не зависит ни от способа, которым измеряются положение или скорость, ни от типа частицы. Принцип неопределенности Гейзенберга отражает фундаментальное, не допускающее исключений свойство природы, приводящее к глубоким изменениям в наших взглядах на устройство мира. Даже по прошествии семидесяти с лишним лет многие философы не до конца понимают эти изменения, которые все еще остаются предметом значительных разногласий. Принцип неопределенности ознаменовал конец лапласовской мечты о научной теории, модели Вселенной, которая будет полностью детерминистической: невозможно точно предсказать будущие события, если невозможно точно определить даже современное состояние Вселенной!

Мы пока еще можем допустить, что существует некий набор законов, полностью предопределяющий события для некоторого сверхъестественного существа, которое, в отличие от нас, способно наблюдать существующее состояние Вселенной, не нарушая его. Однако такие модели Вселенной не представляют большого интереса для нас, обычных смертных. Представляется разумным использовать так называемый принцип бритвы Оккама и отсечь все элементы теории, которые не имеют наблюдаемых проявлений. Этот подход в 1920 х гг. привел Гейзенберга, Эрвина Шрёдингера и Поля Дирака к замене ньютоновской механики новой теорией — квантовой механикой, основанной на принципе неопределенности. В этой теории частицы не обладают по отдельности точно определенными положениями и скоростями. Вместо этого они обладают квантовыми состояниями, комбинациями положений и скоростей, которые известны лишь в границах, допускаемых принципом неопределенности.

Одна из революционных особенностей квантовой механики состоит в том, что эта теория не предсказывает единственного определенного результата наблюдения. Она предлагает множество возможных результатов и говорит, насколько вероятен каждый из них. Иными словами, если проделать одинаковые измерения с большим числом однотипных систем, находящихся в одинаковом исходном состоянии, то в некотором числе случаев измерения дадут результат А, еще в каком то числе случаев — результат В, и так далее. Можно приблизительно предсказать, сколько раз выпадет результат А или В, но нельзя предсказать определенный результат одного конкретного измерения.

Вообразите, например, что метаете дротики, играя в дартс. Согласно классическим (старым, не квантовым) теориям, дротик либо попадет в яблочко, либо нет. Зная скорость дротика в момент броска, силу тяжести и т. п., вы можете вычислить, попадет ли он в мишень. Однако квантовая теория говорит, что это не так: невозможно сделать такое предсказание наверняка. В соответствии с квантовой теории есть некоторая вероятность того, что дротик угодит в яблочко, и отличная от нуля вероятность, что он вонзится в любой другой участок доски. Имея дело с такими крупными объектами, как в игре в дартс, вы можете быть уверены в прогнозе, если классическая теория — в данном случае механика Ньютона — предсказывает попадание дротика в мишень. По крайней мере, шансы, что этого не случится (согласно квантовой теории), настолько малы, что, продолжая метать дротики тем же манером до конца жизни Вселенной, вы, вероятно, никогда не промазали бы. Но в масштабах атомов все обстоит по другому. Вероятность поражения центра мишени дротиком, состоящим из одного атома, равнялась бы 90%, шанс, что он вонзится в другой участок доски, составил бы 5%, и еще 5% пришлось бы на попадание мимо доски. Вы не можете сказать заранее, что именно произойдет. Все, что вы можете, — это утверждать, что при многократном повторении эксперимента в среднем 90 раз из 100 дротик угодит в яблочко.

www.o8ode.ru

Петлевая квантовая гравитация - это... Что такое Петлевая квантовая гравитация?

Петлевая квантовая гравитация — одна из теорий квантовой гравитации.

История возникновения

Родоначальниками «петлевой квантовой теории гравитации» в 80-е годы XX века являются Ли Смолин, Абэй Аштекар, Тэд Джекобсон (англ.) и Карло Ровелли (англ.).

Согласно этой теории, пространство и время состоят из дискретных частей. Эти маленькие квантовые ячейки пространства определённым способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают пёструю, дискретную структуру пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время.

Петлевая гравитация и физика элементарных частиц

Одним из преимуществ петлевой квантовой теории гравитации является естественность, с которой в ней получает своё объяснение Стандартная модель физики элементарных частиц.

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[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.

Во второй статье, опубликованной Бильсоном-Томпсоном в 2006 г. совместно с Ф. Маркополу (Fotini Markopolou) и Л. Смолиным (Lee Smolin) предположили, что для любой теории квантовой гравитации, относящейся к классу петлевых, в которых пространство-время квантовано, возбуждённые состояния самого пространства-времени могут играть роль преонов, приводящих к возникновению стандартной модели как эмергентному свойству теории квантовой гравитации[4].

Таким образом, Бильсон-Томпсон с соавторами предположили, что теория петлевой квантовой гравитации может воспроизвести Стандартную модель, автоматически объединяя все четыре фундаментальных взаимодействия. При этом с помощью преонов, представленных в виде брэдов (переплетений волокнистого пространства-времени) удалось построить успешную модель первого поколения фундаментальных фермионов (кварков и лептонов) с более-менее правильным воспроизведением их зарядов и четностей[4].

В исходной статье Бильсона-Томпсона предполагалось, что фундаментальные фермионы второго и третьего поколений могут быть представлены в виде более сложных брэдов, а фермионы первого поколения представляются простейшими из возможных брэдов, хотя конкретных представлений сложных брэдов не давалось. Считается, что электрический и цветовой заряды, а также чётность частиц, принадлежащих к поколениям более высокого ранга, должны получаться точно таким же образом, как и для частиц первого поколения. Использование методов квантовых вычислений позволило показать, что такого рода частицы устойчивы и не распадаются под действием квантовых флуктуаций[5].

Ленточные структуры в модели Бильсона-Томпсона представлены в виде сущностей, состоящих из той же материи, что и само пространство-время[5]. Хотя в статьях Бильсона-Томпсона и показано, как из этих структур можно получить фермионы и бозоны, вопрос о том, как с помощью брэдинга можно было бы получить бозон Хиггса, в них не обсуждается.

Л. Фрейдель (L. Freidel), Дж. Ковальский-Гликман (J. Kowalski-Glikman) и А. Стародубцев в своей статье 2006 года высказали предположение, что элементарные частицы можно представить с помощью линий Вильсона гравитационного поля, подразумевая, что свойства частиц (их массы, энергии и спины) могут соответствовать свойствам петель Вильсона — базовым объектам теории петлевой квантовой гравитации. Эту работу можно рассматривать в качестве дополнительной теоретической поддержки преонной модели Бильсона-Томпсона[6].

Используя формализм модели спиновой пены, имеющей непосредственное отношение к теории петлевой квантовой гравитации, и базируясь лишь на исходных принципах последней, можно также воспроизвести и некоторые другие частицы Стандартной модели, такие как фотоны, глюоны[7] и гравитоны[8][9] — независимо от схемы брэдов Бильсона-Томпсона для фермионов. Однако, по состоянию на 2006 год, с помощью этого формализма пока не удалось построить модели гелонов. В модели гелонов отсутствуют брэды, которые можно было бы использовать для построения бозона Хиггса, но в принципе данная модель не отрицает возможности существования этого бозона в виде некоей композитной системы. Бильсон-Томпсон отмечает, что, поскольку частицы с бо́льшими массами в основном имеют более сложную внутреннюю структуру (учитывая также перекручивание брэдов), то эта структура возможно имеет отношение к механизму формирования массы. Например, в модели Бильсона-Томпсона структура фотона, имеющего нулевую массу, соответствует неперекрученным брэдам. Правда, пока остается неясным, соответствует ли модель фотона, полученная в рамках формализма спиновой пены[7], фотону Бильсона-Томпсона, который в его модели состоит из трех незакрученных риббонов[4] (возможно, что в рамках формализма спиновой пены можно построить несколько вариантов модели фотона).

Первоначально понятие «преон» использовалось для обозначения точечных субчастиц, входящих в структуру фермионов с половинным спином (лептонов и кварков). Как уже упоминалось, использование точечных частиц приводит к парадоксу массы. В модели Бильсона-Томпсона риббоны не являются «классическими» точечными структурами. Бильсон-Томпсон использует термин «преон» для сохранения преемственности в терминологии, но обозначает с помощью этого термина более широкий класс объектов, являющихся компонентами структуры кварков, лептонов и калибровочных бозонов.

Важным для понимания подхода Бильсона-Томпсона является то, что в его преонной модели элементарные частицы, такие как электрон, описываются в терминах волновых функций. Сумма квантовых состояний спиновой пены, имеющих когерентные фазы, также описывается в терминах волновой функции. Поэтому возможно, что с помощью формализма спиновой пены можно получить волновые функции, соответствующие элементарным частицам (фотонам и электронам). В настоящее время объединение теории элементарных частиц с теорией петлевой квантовой гравитации является весьма активной областью исследований[10].

В октябре 2006 г. Бильсон-Томпсон модифицировал свою статью[11], отмечая, что, хотя его модель и была инспирирована преонными моделями, но она не является преонной в строгом смысле этого слова, поэтому топологические диаграммы из его преонной модели скорее всего можно использовать и в других фундаментальные теориях, таких как, например, М-теория. Теоретические ограничения, накладываемые на преонные модели, неприменимы к его модели, поскольку в ней свойства элементарных частиц возникают не из свойств субчастиц, а из связей этих субчастиц друг с другом (брэдов). В модифицированной версии его статьи Бильсон-Томпсон признает, что нерешенными проблемами в его модели остаются спектр масс частиц, спины, смешивание Кабиббо, а также необходимость привязки его модели к более фундаментальным теориям. Одной из возможностей является, например, «встраивание» преонов в М-теорию или в теорию петлевой квантовой гравитации.

В более позднем варианте статьи[12] описывается динамика брэдов с помощью переходов Пачнера (англ. Pachner moves).

См. также

Источники и иллюстрации

Литература

Lee Smolin, Three Roads to Quantum Gravity, Basic Books, 2001.
John Baez, The Quantum of Area?, Nature, vol.421, pp. 702—703; February 2003.
Lee Smolin, How Far Are We from the Quantum Theory of Gravity?, arxiv.org/hep-th/0303185.
Welcome to Quantum Gravity. Special Section, Physics World, Vol.16, No.11, pp. 27-50; November 2003.
Lee Smolin, Loop Quantum Gravity, The third culture.

Примечания

dvc.academic.ru

ГРАВИТАЦИЯКвантовая гравитация

Natura non facit saltus (лат. природа не делает скачков)

Природа не делает скачков – в природе только кванты

Вместо заключения

Подводим промежуточные итоги.

В данной статье я не собираюсь примирить ОТО с квантовой механикой. Квантовая гравитация – это передача гравитационного взаимодействия с помощью фотонов.

В 1900 году французский математик Анри Пуанкаре (1854 – 1912) опубликовал работу, в которой пришёл к выводу, что свет, как переносчик энергии, должен иметь массу, определяемую выражением m=E/v2, где Е – переносимая светом энергия, v — скорость переноса. На рубеже прошлого и позапрошлого веков трудно было увязать указанную в уравнении массу фотона с гравитацией, т.к. многое было не ясно с самим фотоном, у него даже не было имени. В 1900 году М. Планк постулировал о квантовом излучении и поглощении энергии электромагнитного поля, А. Эйнштейн называл его световым квантом, и только в 1926 году Г. Льюис назвал его фотоном.

Близко к пониманию сущности гравитации был Альберт Эйнштейн. В 1905 году у него появляется ряд основополагающих работ. В это число входит и работа, посвящённая анализу зависимости инертных свойств тела от его энергии, в частности испускание массивным телом двух «количеств света». В этой работе впервые вводится понятие энергии покоящегося тела и делается следующий вывод: «Масса тела есть мера содержания энергии в этом теле; если энергия изменяется на величину L, то масса изменяется соответственно на величину L/9·1020, здесь энергия измеряется в эргах, а масса — в граммах. Если теория соответствует фактам, то излучение переносит инерцию между излучающими и поглощающими телами[1]».

В следующем году Эйнштейн впервые говорит о том, что закон сохранения массы является всего лишь частным случаем закона сохранения энергии, а также – энергия является и мерой гравитационного взаимодействия тел.

В 1911 году выходит работа Эйнштейна, посвящённая гравитационному воздействию массивных тел на свет. В данной статье фотону приписывается инертная и гравитационная масса равная E/c2 и отклонение луча света в поле тяготения Солнца.

Позднее, в 1933 году в Париже Ирен и Фридерик Жолио-Кюри сделали фотографию процесса превращения кванта света в две частицы, имеющие ненулевую массу. Тем самым экспериментально была впервые продемонстрирована эквивалентность массы и энергии.

Эйнштейн не смог связать энергию фотона с гравитацией, очевидно, в этом ему помешала сделать кривизна пространства, которая искривила ход его мыслей.

Следует отметить еще одного представителя, который провел серьезную научную работу по сближению электромагнитных волн и гравитации. Советский физик М. П. Бронштейн В 30-х годах применил к описанию гравитационных волн математический аппарат квантовой теории микромира. Он предположил, что гравитационные волны должны быть если не родственны, то, по крайней мере, тождественны электромагнитным колебаниям.

Что остановило физика окончательно связать фотон с гравитацией, доподлинно неизвестно. Возможно, его смутило то, что такая «хрупкая» частица как фотон будет перегружена непосильной работой.

Зря беспокоился Бронштейн, фотон хотя и несет всего один квант энергии, зато у него какая скорость – та самая скорость света, а это говорит о его огромной производительности. Ни одна материальная частица не может не только достичь такой скорости, но даже приблизиться к ней. Фотоны берут не умением, а числом и скоростью, иначе - производительностью.

Свет и гравитация – одного поля ягоды, это электромагнитные волны.

Фотон относится к калибровочным бозонам. Фотон стабилен, участвует в электромагнитном и гравитационном взаимодействии, не распадается спонтанно в вакууме.

Свет – это и есть та самая неуловимая гравитация! Гравитационными свойствами обладают все электромагнитные волны (статьи: «Гравитация – это свет», «Электромагнитные волны», «Гравитационное излучение источника», «Солнечная постоянная», «Сила гравитации»).

Квант импульса фотона равен кванту импульса гравитации.

Почему же наука не обнаружила до сего времени прямую связь между светом и гравитацией, которая, казалось бы, уже напрашивалась? Ответ очевидно в неочевидности проявлений света и гравитации и лежит в плоскости 2-х наших восприятий. Свет мы видим своими глазами, а гравитацию воспринимаем опосредованно, умозаключительно, как воздействие магнита на железные опилки.

На этом наши тактильные восприятия заканчиваются, а дальше начинается чистая физика, в которой также установились своеобразные «тактильные» восприятия барьерного типа – это отдача и давление света.

Первым рубежом на пути гравитации встала – отдача.

По сути, отдача – это 3-й закон Ньютона. «Силы F1 и F2, которыми два тела действуют друг на друга, направлены по одной прямой, равны по модулю, но противоположны по направлению».

F1=F2 m1a1=m2a2

где m1, m2 – массы первого и второго тела, a1, a2 – их ускорения.

В современном естествознании укоренилось утверждение в том, что атом, испустивший фотон, обязательно приобретет импульс отдачи, равный по величине и противоположный по направлению отлетевшего фотона. (Эта тема будет продолжена в статьях «Эффект Мёссбаура»).

На втором рубеже держит оборону «давление света». Предсказанное И. Кеплером и Д. Максвеллом, а потом, якобы, обнаруженное П. Лебедевым, давление света давит не только на Землю, но и на ее обитателей, а особенно на физиков. С одной стороны, притяжение, а с другой давление – парадоксальное явление в современной физике.

Вот две трудности, два рубежа, которые стоят на пути физики в понимании сущности гравитации.

Мне удалось преодолеть данные трудности и перешагнуть через указанные рубиконы. В статье: «Давление света» указано на не доказанность данного явления из-за погрешностей, вызванных радиационным давлением.

С отдачей дела обстояли несколько сложнее. Оказывается, при более внимательном рассмотрении, в сущности, все наоборот, вместо отдачи присутствует придача. Отдачу компенсирует тепловая энергия, а отлетающие крафоны (фотоны) уносят импульсы придачи, которые в сумме создают притяжение по результирующему направлению-вектору. Энергию отдачи компенсирует энергия генерируемая источником, это наглядно показано в статье: «Расширение тел». Наличие отдачи означало бы, что при нагревании тел мы не обнаружили бы их расширения, т.к. импульсы отлетающих фотонов Pp уравновешивали импульсы отдачи pa атомов.

Pp=pa=hν/c

В этом случае, например, при нагревании одного торца тонкого металлического прутка привело бы к смещению его в сторону холодного торца из-за отдачи, вылетающих фотонов с нагретой части прутка.

Оппоненты сразу мне возразят, но тогда должна возникнуть противоположная картина, если присутствует придача, тогда пруток должен смещаться в сторону горячего конца.

Да, я утверждаю, что всякое неравномерно нагретое тело должно смещаться по результирующему вектору, направленному по нормали к общей нагретой поверхности части тела (см. «Гравитация - взаимообмен квантами энергии»).

Квантовая гравитация - это фотонный дождь!

Основные выводы по главе «Гравитация»

Действие гравитации – это фотонная переброска энергии (массы) от одного тела к другому, сопровождающаяся импульсами притяжения (гравитации).
Фотон, подобно любой движущейся частице, обладает энергией, массой и импульсом, поэтому переносит энергию и, соответственно, массу.
Фотон не имеет массы покоя, у него нет отдачи! Каждый фотон отрывает от источника по одному кванту энергии (массы) и уносит ее к приемнику (придача). Приемник при взаимодействии с фотоном получает механический импульс движения к источнику – первая составляющая гравитации.
Приемник получает механический импульс при генерации собственного крафона по направлению движения его вектора – вторая составляющая гравитации.
Интегральное действие импульсов фотонов и крафонов создают Всемирное тяготение.
Расширение тел происходит под действием суммы импульсов излучения крафонов.
Земля в экваториальной области растягивается с помощью двух сил - центробежной силой и интегральной силой излучения.
Давление света, предсказанное Кеплером и Максвеллом, не доказано.
Теплота порождает гравитацию!
Только теплые тела с температурой выше абсолютного нуля, являются источниками гравитационного излучения. При температуре очень малых значений (Т→0) гравитация ослабевает и также стремится к нулю.
Фотон, фонон, крафон и гравитон это одни и те же частицы (электромагнитные волны), но имеют разные названия. Автором предложен термин: «термон» – объединяющее название для всего этого разнообразия частиц.
Все электромагнитные волны переносят гравитацию! Электромагнитные волны – гравитационные волны!

Содержание

Гл. 5 Гравитация

Гравитация или тяготение (Предисловие)
Сила гравитации (Сила гравитации – есть?)
Гравитон (Неуловимые гравитоны)
Бозон Хиггса
Теории гравитации (Полевая или геометрическая – чья возьмет?)
Яков Перельман и гравитация
Гравитация – это свет
Законы обратных квадратов
Электромагнитные волны
Фотон (Фотон транспорт гравитации)
Гравитационное излучение источника
Капля и айсберг
Анти отдача (придача)
Фотон, фонон, крафон, гравитон – термон
Солнечная постоянная. Что скрывается за ней?
Сила гравитации (часть 1)
Сила гравитации (часть 2)
Колебания атомов
Расширение тел при нагревании
Гравитация – взаимообмен квантами энергии
Давление света
Крутильные весы Козырева
Дуализм, триализм фотона
Квантовая гравитация (Вместо заключения). Выводы. Содержание. Литература

Источники

Гл.5 Гравитация

Владимиров Ю.С., Попов А.Д., Многомерные модели физических взаимодействий типа теории Калуцы – Клейна, Итоги науки и техники, классическая теория поля и теория гравитации, т.1, М. 1991.
Владимиров Ю.С., Мицкевич Н.В., Хорски Я., Пространство, время, гравитация, «Наука», М. 1984.
Бердышев С., Законы космоса, «Репол классик», М. 2002.
Бердышев С., Физика, «ТЕРРА», М. 2003.
Дмитриев А.Л., Управляемая гравитация, 2005. http://www.vixri.ru/Dmitriev_Upravljaemaja%20gravitacija.pdf.
Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю., Современное естествознание, «ЮКЭА», М. 2000.
Железнов И.Г., Основы единой теории поля, Отпечатано в Государственном учреждении Республиканском исследовательском научно – консультационном центре экспертизы, изд. 2-е, М., 2001.
Жданов А.С., Маранджян В.А., Курс физики, «Наука», 1966.
Жданов Л.С., Учебник по физике, «Наука», М. 1977.
Казаков Б., Превращение элементов, «Знание», М. 1977.
Калашников С.Г., Электричество, «Наука», М. 1970.
Каршенбойм С.Г., Новые рекомендованные значения фундаментальных физических постоянных (КОДАТА 2006).
Косинов Н.В., Новое о гравитационной константе G: пятнадцать эквивалентных формул для вычисления константы G, http://rusnauka.narod.ru/lib/author/kosinov_n/6/.
Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г., Справочник по элементарной физике, «Наука», М. 1962.
Куликов К.А., Вращение Земли, «Недра», М. 1985.
Левитан Е.П., Астрономия, «Просвещение», М. 2001.
Масса бозона Хиггса, Nature 445 239, www, nature com, 2007.
Мельников В.К., Пронин П.И., Проблема стабильности гравитационной постоянной и дополнительные взаимодействия, Итоги науки и техники, Астрономия, т.41, М. 1991.
Мухин К.Н., Занимательная ядерная физика, «Атомиздат», М. 1972.
Мэрион Дж.Б., Общая физика с биологическими примерами (пер. с англ.), «Высшая школа», 1986.
Нарликар Дж., Гравитация без формул, пер. с англ., «Мир», М. 1985.
Окунь Л.Б., Понятие массы, УФН, № 158, вып. 3, 1989.
Окунь Л.Б., Селиванов К.Г., Телегди В.Л., Гравитация, фотоны, часы, Успехи физических наук, т.169, №10, окт. 1999.
Перельман Я.И., Знаете ли вы физику?, «ТЕРРА», М. 2007.
Подольный Р., Нечто по имени ничто, «Детская Литература», М. 1987.
Рубаков В.А., Тиняков П.Г., Модификация гравитации на больших расстояниях и массивный гравитон, «Успехи физических наук», Т. 178, №8.
Савельев И.В., Курс общей физики в 5-ти книгах, «Астрель•АСТ», М. 2004.
Селезнев Ю.А., Основы элементарной физики, «Наука», М. 1969.
Серов И.Н., Апокалипсис, «AIRES», С – П, 2002.
Спиридонов О.П., Универсальные физические постоянные, «Просвещение», М. 1984.
Тригг Дж., Физика ХХ века, Ключевые эксперименты (пер, с англ.), «Мир», М. 1978.
Федоров В.В., Единая теория поля, С-П, 2002.
Хотеев В.Х., Раскрытие сущности тяготения, «Сударыня», С-П, 2001.
Шилейко А.В., Шилейко Т.И., В океане энергии, «Знание», М. 1989.
Яворский Б.М., Пинский А.А, Колебания и волны Квантовая физика, «Наука», 1981.
Яворский Б.М. и Детлаф А.А., Справочник по физике, «Наука», М. 1979.
Джон Бэрроу, Джон Веб, "В мире науки" №9, 2005
http://www.dulkyn.ru/ru/about.html.
Левин А.,http://www.liveinternet.ru/users/2851019/post210194193/,
Кишкинцев В.А., О скрытии веса у масс газов их температурой, Жигулевский институт радиоаппаратуры, 1993, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11717.html.
http://newfiz.narod.ru/gra-opus.htm.
Образовательный блог, http://all4study.ru/fizika/kolebaniya-atomov-sily-vzaimodejstviya-mezhdu-atomami-i-zvuk.html.
Понятие о квантовой теории теплоемкости, фононы, http://www.pppa.ru/additional/02phy/06/quantum_physics_30.php.
Nature 27, April 2000.
Зныкин П.А., Предвидение Козырева, П.А., http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/znykin_predvidenie.pdf.
Гришаев А.А., О так называемом давлении света, http://newfiz.narod.ru/l-press.htm.
Давление света, Энциклопедия физики и техники, Пржибелъский С. Г., Чистяков Ю. А., http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0897.html.
Фатьянов А.В., Опыты Козырева с крутильными весами, А.В., http://fatyf.narod.ru/Kozyrev-effect.htm.

Назад Вперед Анонсы статей На Главную

При копировании материалов, не забывайте ставить ссылку на данный сайт http://gennady-ershov.ru

Все статьи оригинальные.

[1] Перенос инерции между излучающими и поглощающими телами, в данной формулировке равносилен переносу массы.

gennady-ershov.ru

Квантовая гравитация — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ква́нтовая гравита́ция — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия (и, в случае успеха, — объединение таким образом гравитации с остальными тремя фундаментальными взаимодействиями, то есть построение так называемой «теории всего»).

<imagemap>: неверное или отсутствующее изображение

Проблемы создания

Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. В ОТО внешнего пространства-времени нет — оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.

При переходе к квантовой гравитации, как минимум, нужно заменить системы на квантовые (то есть произвести квантование), при этом правая часть уравнений Эйнштейна — тензор энергии-импульса материи — становится квантовым оператором. Возникающая связь требует какого-то квантования геометрии самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен и сколь-либо успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует[1].

Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности — квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией вследствие того, что гравитационная постоянная является размерной величиной[2][3]. Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий, недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

Предпринимаются попытки квантования гравитации на основе геометродинамического подхода и на основе метода функциональных интегралов[4].

Перспективные кандидаты

Другие подходы

Существуют бесчисленное количество подходов к квантовой гравитации. Подходы различаются в зависимости от характеристик остающихся неизменными и тех которые меняются.[5][6] Примеры включают:

См. также

Напишите отзыв о статье "Квантовая гравитация"

Примечания

↑ Более того, наивный «решёточный подход» к квантованию пространства-времени, как оказывается, не допускает правильного предельного перехода в теории калибровочных полей при устремлении шага решётки к нулю, что было отмечено в 1960-е гг. Брайсом Девиттом и широко учитывается ныне при проведении решёточных расчётов в квантовой хромодинамике.
↑ В. П. Фролов [ufn.ru/ru/articles/1982/9/f/ Квантовая теория гравитации (по материалам II Международного семинара по квантовой теории гравитации, Москва, 13-15 октября 1981 г.)], УФН, 1982, т. 138, с. 151
↑ Вайнберг С. Гравитация и космология. — М.: Мир, 1975. — С. 307.
↑ Иваненко Д. Д., Сарданишвили Г. А.. Гравитация. — М.: Едиториал УРСС, 2004. — 200 с. — 1280 экз. — ISBN 5-354-00538-8.
↑ Isham Christopher J. Canonical Gravity: From Classical to Quantum. — Springer, 1994. — ISBN 3-540-58339-4.
↑ Sorkin, Rafael D. (1997). «Forks in the Road, on the Way to Quantum Gravity». International Journal of Theoretical Physics 36 (12): 2759–2781. arXiv:gr-qc/9706002. DOI:10.1007/BF02435709. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/1997IJTP...36.2759S 1997IJTP...36.2759S].
↑ Loll, Renate (1998). «[www.livingreviews.org/lrr-1998-13 Discrete Approaches to Quantum Gravity in Four Dimensions]». Living Reviews in Relativity 1: 13. arXiv:gr-qc/9805049. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/1998LRR.....1...13L 1998LRR.....1...13L]. Проверено 2008-03-09.
↑ Sorkin Rafael D. Lectures on Quantum Gravity. — Springer, 2005. — ISBN 0-387-23995-2.
↑ See Daniele Oriti and references therein.
↑ Hawking Stephen W. 300 Years of Gravitation. — Cambridge University Press, 1987. — P. 631–651. — ISBN 0-521-37976-8..
↑ Wen 2006
↑ See ch. 33 in Penrose 2004 and references therein.

Литература

Ли Смолин [www.rodon.org/sl/nsfvtsunichzes/#a18 Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует]

Ссылки

[postnauka.ru/video/6498 Квантовая гравитация] // лекция Д. И. Казакова в проекте ПостНаука (13.11.2012)
Пол Шеллард и др. [cosmo.labrate.ru/cambrige/qg_home.html Квантовая гравитация] ([www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/qg_home.html Quantum Gravity]). Пер. с англ. В. Г. Мисовца. Ссылка проверена 08:45, 23 ноября 2007 (UTC).
Zeeya Merali. [sci-lib.com/article419.html Разделение времени и пространства. Новая квантовая теория отвергает пространство-время Эйнштейна] // Scientific American. (December 2009)
Г. Е. Горелик [ufn.ru/ufn05/ufn05_10/Russian/r0510d.pdf Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию неразрешённой проблемы.] // Успехи физических наук, Том 175, № 10 (октябрь 2005)

Отрывок, характеризующий Квантовая гравитация

– Перестаньте, мама, я и не думаю, и не хочу думать! Так, поездил и перестал, и перестал… Голос ее задрожал, она чуть не заплакала, но оправилась и спокойно продолжала: – И совсем я не хочу выходить замуж. И я его боюсь; я теперь совсем, совсем, успокоилась… На другой день после этого разговора Наташа надела то старое платье, которое было ей особенно известно за доставляемую им по утрам веселость, и с утра начала тот свой прежний образ жизни, от которого она отстала после бала. Она, напившись чаю, пошла в залу, которую она особенно любила за сильный резонанс, и начала петь свои солфеджи (упражнения пения). Окончив первый урок, она остановилась на середине залы и повторила одну музыкальную фразу, особенно понравившуюся ей. Она прислушалась радостно к той (как будто неожиданной для нее) прелести, с которой эти звуки переливаясь наполнили всю пустоту залы и медленно замерли, и ей вдруг стало весело. «Что об этом думать много и так хорошо», сказала она себе и стала взад и вперед ходить по зале, ступая не простыми шагами по звонкому паркету, но на всяком шагу переступая с каблучка (на ней были новые, любимые башмаки) на носок, и так же радостно, как и к звукам своего голоса прислушиваясь к этому мерному топоту каблучка и поскрипыванью носка. Проходя мимо зеркала, она заглянула в него. – «Вот она я!» как будто говорило выражение ее лица при виде себя. – «Ну, и хорошо. И никого мне не нужно». Лакей хотел войти, чтобы убрать что то в зале, но она не пустила его, опять затворив за ним дверь, и продолжала свою прогулку. Она возвратилась в это утро опять к своему любимому состоянию любви к себе и восхищения перед собою. – «Что за прелесть эта Наташа!» сказала она опять про себя словами какого то третьего, собирательного, мужского лица. – «Хороша, голос, молода, и никому она не мешает, оставьте только ее в покое». Но сколько бы ни оставляли ее в покое, она уже не могла быть покойна и тотчас же почувствовала это. В передней отворилась дверь подъезда, кто то спросил: дома ли? и послышались чьи то шаги. Наташа смотрелась в зеркало, но она не видала себя. Она слушала звуки в передней. Когда она увидала себя, лицо ее было бледно. Это был он. Она это верно знала, хотя чуть слышала звук его голоса из затворенных дверей. Наташа, бледная и испуганная, вбежала в гостиную. – Мама, Болконский приехал! – сказала она. – Мама, это ужасно, это несносно! – Я не хочу… мучиться! Что же мне делать?… Еще графиня не успела ответить ей, как князь Андрей с тревожным и серьезным лицом вошел в гостиную. Как только он увидал Наташу, лицо его просияло. Он поцеловал руку графини и Наташи и сел подле дивана. – Давно уже мы не имели удовольствия… – начала было графиня, но князь Андрей перебил ее, отвечая на ее вопрос и очевидно торопясь сказать то, что ему было нужно. – Я не был у вас всё это время, потому что был у отца: мне нужно было переговорить с ним о весьма важном деле. Я вчера ночью только вернулся, – сказал он, взглянув на Наташу. – Мне нужно переговорить с вами, графиня, – прибавил он после минутного молчания. Графиня, тяжело вздохнув, опустила глаза. – Я к вашим услугам, – проговорила она. Наташа знала, что ей надо уйти, но она не могла этого сделать: что то сжимало ей горло, и она неучтиво, прямо, открытыми глазами смотрела на князя Андрея. «Сейчас? Сию минуту!… Нет, это не может быть!» думала она. Он опять взглянул на нее, и этот взгляд убедил ее в том, что она не ошиблась. – Да, сейчас, сию минуту решалась ее судьба. – Поди, Наташа, я позову тебя, – сказала графиня шопотом. Наташа испуганными, умоляющими глазами взглянула на князя Андрея и на мать, и вышла. – Я приехал, графиня, просить руки вашей дочери, – сказал князь Андрей. Лицо графини вспыхнуло, но она ничего не сказала. – Ваше предложение… – степенно начала графиня. – Он молчал, глядя ей в глаза. – Ваше предложение… (она сконфузилась) нам приятно, и… я принимаю ваше предложение, я рада. И муж мой… я надеюсь… но от нее самой будет зависеть… – Я скажу ей тогда, когда буду иметь ваше согласие… даете ли вы мне его? – сказал князь Андрей. – Да, – сказала графиня и протянула ему руку и с смешанным чувством отчужденности и нежности прижалась губами к его лбу, когда он наклонился над ее рукой. Она желала любить его, как сына; но чувствовала, что он был чужой и страшный для нее человек. – Я уверена, что мой муж будет согласен, – сказала графиня, – но ваш батюшка… – Мой отец, которому я сообщил свои планы, непременным условием согласия положил то, чтобы свадьба была не раньше года. И это то я хотел сообщить вам, – сказал князь Андрей. – Правда, что Наташа еще молода, но так долго. – Это не могло быть иначе, – со вздохом сказал князь Андрей. – Я пошлю вам ее, – сказала графиня и вышла из комнаты. – Господи, помилуй нас, – твердила она, отыскивая дочь. Соня сказала, что Наташа в спальне. Наташа сидела на своей кровати, бледная, с сухими глазами, смотрела на образа и, быстро крестясь, шептала что то. Увидав мать, она вскочила и бросилась к ней. – Что? Мама?… Что? – Поди, поди к нему. Он просит твоей руки, – сказала графиня холодно, как показалось Наташе… – Поди… поди, – проговорила мать с грустью и укоризной вслед убегавшей дочери, и тяжело вздохнула. Наташа не помнила, как она вошла в гостиную. Войдя в дверь и увидав его, она остановилась. «Неужели этот чужой человек сделался теперь всё для меня?» спросила она себя и мгновенно ответила: «Да, всё: он один теперь дороже для меня всего на свете». Князь Андрей подошел к ней, опустив глаза. – Я полюбил вас с той минуты, как увидал вас. Могу ли я надеяться? Он взглянул на нее, и серьезная страстность выражения ее лица поразила его. Лицо ее говорило: «Зачем спрашивать? Зачем сомневаться в том, чего нельзя не знать? Зачем говорить, когда нельзя словами выразить того, что чувствуешь». Она приблизилась к нему и остановилась. Он взял ее руку и поцеловал. – Любите ли вы меня? – Да, да, – как будто с досадой проговорила Наташа, громко вздохнула, другой раз, чаще и чаще, и зарыдала. – Об чем? Что с вами? – Ах, я так счастлива, – отвечала она, улыбнулась сквозь слезы, нагнулась ближе к нему, подумала секунду, как будто спрашивая себя, можно ли это, и поцеловала его. Князь Андрей держал ее руки, смотрел ей в глаза, и не находил в своей душе прежней любви к ней. В душе его вдруг повернулось что то: не было прежней поэтической и таинственной прелести желания, а была жалость к ее женской и детской слабости, был страх перед ее преданностью и доверчивостью, тяжелое и вместе радостное сознание долга, навеки связавшего его с нею. Настоящее чувство, хотя и не было так светло и поэтично как прежнее, было серьезнее и сильнее. – Сказала ли вам maman, что это не может быть раньше года? – сказал князь Андрей, продолжая глядеть в ее глаза. «Неужели это я, та девочка ребенок (все так говорили обо мне) думала Наташа, неужели я теперь с этой минуты жена , равная этого чужого, милого, умного человека, уважаемого даже отцом моим. Неужели это правда! неужели правда, что теперь уже нельзя шутить жизнию, теперь уж я большая, теперь уж лежит на мне ответственность за всякое мое дело и слово? Да, что он спросил у меня?» – Нет, – отвечала она, но она не понимала того, что он спрашивал. – Простите меня, – сказал князь Андрей, – но вы так молоды, а я уже так много испытал жизни. Мне страшно за вас. Вы не знаете себя. Наташа с сосредоточенным вниманием слушала, стараясь понять смысл его слов и не понимала. – Как ни тяжел мне будет этот год, отсрочивающий мое счастье, – продолжал князь Андрей, – в этот срок вы поверите себя. Я прошу вас через год сделать мое счастье; но вы свободны: помолвка наша останется тайной и, ежели вы убедились бы, что вы не любите меня, или полюбили бы… – сказал князь Андрей с неестественной улыбкой. – Зачем вы это говорите? – перебила его Наташа. – Вы знаете, что с того самого дня, как вы в первый раз приехали в Отрадное, я полюбила вас, – сказала она, твердо уверенная, что она говорила правду. – В год вы узнаете себя… – Целый год! – вдруг сказала Наташа, теперь только поняв то, что свадьба отсрочена на год. – Да отчего ж год? Отчего ж год?… – Князь Андрей стал ей объяснять причины этой отсрочки. Наташа не слушала его. – И нельзя иначе? – спросила она. Князь Андрей ничего не ответил, но в лице его выразилась невозможность изменить это решение. – Это ужасно! Нет, это ужасно, ужасно! – вдруг заговорила Наташа и опять зарыдала. – Я умру, дожидаясь года: это нельзя, это ужасно. – Она взглянула в лицо своего жениха и увидала на нем выражение сострадания и недоумения. – Нет, нет, я всё сделаю, – сказала она, вдруг остановив слезы, – я так счастлива! – Отец и мать вошли в комнату и благословили жениха и невесту. С этого дня князь Андрей женихом стал ездить к Ростовым.

Обручения не было и никому не было объявлено о помолвке Болконского с Наташей; на этом настоял князь Андрей. Он говорил, что так как он причиной отсрочки, то он и должен нести всю тяжесть ее. Он говорил, что он навеки связал себя своим словом, но что он не хочет связывать Наташу и предоставляет ей полную свободу. Ежели она через полгода почувствует, что она не любит его, она будет в своем праве, ежели откажет ему. Само собою разумеется, что ни родители, ни Наташа не хотели слышать об этом; но князь Андрей настаивал на своем. Князь Андрей бывал каждый день у Ростовых, но не как жених обращался с Наташей: он говорил ей вы и целовал только ее руку. Между князем Андреем и Наташей после дня предложения установились совсем другие чем прежде, близкие, простые отношения. Они как будто до сих пор не знали друг друга. И он и она любили вспоминать о том, как они смотрели друг на друга, когда были еще ничем , теперь оба они чувствовали себя совсем другими существами: тогда притворными, теперь простыми и искренними. Сначала в семействе чувствовалась неловкость в обращении с князем Андреем; он казался человеком из чуждого мира, и Наташа долго приучала домашних к князю Андрею и с гордостью уверяла всех, что он только кажется таким особенным, а что он такой же, как и все, и что она его не боится и что никто не должен бояться его. После нескольких дней, в семействе к нему привыкли и не стесняясь вели при нем прежний образ жизни, в котором он принимал участие. Он про хозяйство умел говорить с графом и про наряды с графиней и Наташей, и про альбомы и канву с Соней. Иногда домашние Ростовы между собою и при князе Андрее удивлялись тому, как всё это случилось и как очевидны были предзнаменования этого: и приезд князя Андрея в Отрадное, и их приезд в Петербург, и сходство между Наташей и князем Андреем, которое заметила няня в первый приезд князя Андрея, и столкновение в 1805 м году между Андреем и Николаем, и еще много других предзнаменований того, что случилось, было замечено домашними. В доме царствовала та поэтическая скука и молчаливость, которая всегда сопутствует присутствию жениха и невесты. Часто сидя вместе, все молчали. Иногда вставали и уходили, и жених с невестой, оставаясь одни, всё также молчали. Редко они говорили о будущей своей жизни. Князю Андрею страшно и совестно было говорить об этом. Наташа разделяла это чувство, как и все его чувства, которые она постоянно угадывала. Один раз Наташа стала расспрашивать про его сына. Князь Андрей покраснел, что с ним часто случалось теперь и что особенно любила Наташа, и сказал, что сын его не будет жить с ними.

wiki-org.ru

Квантовая гравитация | Наука | FANDOM powered by Wikia

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

Проблемы создания Править

Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. В ОТО внешнего пространства-времени нет — оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.

Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности — квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией вследствие того, что гравитационная постоянная является размерной величиной[2][3]. Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий, недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

Перспективные кандидаты Править

Петлевая квантовая гравитация

Другие подходы Править

↑ Более того, наивный «решёточный подход» к квантованию пространства-времени, как оказывается, не допускает правильного предельного перехода в теории калибровочных полей при устремлении шага решётки к нулю, что было отмечено в 1960-е гг. Брайсом Девиттом и широко учитывается ныне при проведении решёточных расчётов в квантовой хромодинамике.
↑ В. П. Фролов Квантовая теория гравитации (по материалам II Международного семинара по квантовой теории гравитации, Москва, 13-15 октября 1981 г.), УФН, 1982, т. 138, с. 151
↑ Вайнберг С. Гравитация и космология. — М.: Мир, 1975. — С. 307.
↑ Иваненко Д. Д., Сарданишвили Г. А.. Гравитация. — М.: Едиториал УРСС, 2004. — 200 с. — 1280 экз. — ISBN 5-354-00538.
↑ Isham, Christopher J. (1994). "Prima facie questions in quantum gravity". in Ehlers, Jürgen; Friedrich, Helmut. Canonical Gravity: From Classical to Quantum. Springer. ISBN 3-540-58339-4.
↑ Sorkin, Rafael D. (1997). "Forks in the Road, on the Way to Quantum Gravity". International Journal of Theoretical Physics 36 (12): 2759–2781. doi:10.1007/BF02435709. Bibcode: 1997IJTP...36.2759S.
↑ Loll, Renate (1998). "Discrete Approaches to Quantum Gravity in Four Dimensions". Living Reviews in Relativity 1: 13. Bibcode: 1998LRR.....1...13L. Retrieved on 2008-03-09.
↑ Sorkin, Rafael D. (2005). "Causal Sets: Discrete Gravity". in Gomberoff, Andres; Marolf, Donald. Lectures on Quantum Gravity. Springer. ISBN 0-387-23995-2.
↑ See Daniele Oriti and references therein.
↑ Hawking, Stephen W. (1987). "Quantum cosmology". in Hawking, Stephen W.; Israel, Werner. 300 Years of Gravitation. Cambridge University Press. pp. 631–651. ISBN 0-521-37976-8. .
↑ Wen 2006
↑ See ch. 33 in Penrose 2004 and references therein.

Страница 0 - краткая статья
Страница 1 - энциклопедическая статья
Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
Прошу вносить вашу информацию в «Квантовая гравитация 1», чтобы сохранить ее

ru.science.wikia.com