Какво мислите за теорията на струните? Примкова теория на квантовата гравитация

От 80-те години на миналия век е разработена парадигма, която описва случилото се в самото начало на Вселената. Използвайки математически апарат, наречен примкова квантова космология (опростяване на примковата квантова гравитация), можем да се надяваме да опишем случилото се във Вселената много по-далеч, отколкото позволява класическата квантова теория - може би до самия момент на Големия взрив. Като такъв универсален апарат, свързващ квантовата механика и теорията на относителността, моделът на цикъла има своя основен конкурент под формата на теорията на струните. Тази теория също има последици за това, което виждаме сега. Според неговите резултати всички съвременни големи структури във Вселената имат своя произход от квантовите флуктуации на пространство-времето, които са се случили при раждането на света. Отделни теории относно конкретни събития - например теорията за Големия взрив - могат да се впишат в тази теория и с помощта на нов математически апарат и бъдещи подобрения във възможностите на наблюдателната астрономия можем да очакваме изясняване и проверка на съвременните теории за космология.

„Ние, хората, винаги сме се стремили да разберем колкото е възможно повече за структурата и еволюцията на Вселената“, казва първият автор на публикацията на труда Абай Аштекар. „Така че това е много интересно време за нашата група, защото с помощта на нашия нов модел вече можем да проучим подробно какво се е случило с материята и геометрията на пространство-времето през първите моменти на Вселената и може би дори в нейното самото начало.” Аштекар е директор на Университетския институт по гравитация и пространство, а съавтори на работата са Иван Агуло и Уилям Нелсън.

Новата парадигма предоставя концептуален и математически апарат за описание на екзотичното състояние на пространство-времето в началото на Вселената. Първо, според новия модел, Вселената е компресирана до невероятна плътност - около десет на деветдесет и четвърта степен на грамове на кубичен сантиметър. При такива плътности поведението на Вселената, разбира се, не е описано от класическата физика или дори от общата теория на относителността на Айнщайн. Вместо това се предлага нова фундаментална теория, която включва квантовата механика. В такива квантово-механични условия, когато можем да говорим само за вероятности от събития, физическите свойства на материята трябва да са много различни от това, което сме свикнали да срещаме в ежедневните ситуации. Сред основните разлики е дори понятието време.

За съвременните наблюдения такива условия са не по-малко недостъпни, отколкото за всекидневното разбиране. Само няколко астрономически резултата се доближават до далечното раждане на Вселената. CMB радиация се наблюдава за онези времена, когато възрастта на света е била само 380 хиляди години. До този момент, след инфлацията - период на много бързо разширяване - Вселената е станала много по-голяма, отколкото при раждането си, и вече не е парадоксално явление от гледна точка на физиката. Но дори в началото на инфлацията плътността на Вселената е била милиарди пъти по-малка, отколкото в първите моменти, и нейното поведение вече не се описва от квантовата механика. Така че цялото ни знание за първите моменти на Вселената, когато нейните свойства са били екстремни, идва от наблюдения на по-късни епохи, когато нейните свойства вече са били регулярни.

Наблюденията на CMB показват, че Вселената след инфлацията е основно еднаква, като само някои региони показват изкривявания в CMB. Тези зони са били значително по-плътни или по-малко плътни преди инфлацията. „Инфлационната парадигма е голям успех, защото обяснява видимата структура на космическото микровълново фоново лъчение. Но този модел не е пълен. Предполага се, че Вселената е започнала да се появява от нищото след Големия взрив, което всъщност се обяснява само с неспособността на стандартния подход да обясни екстремни квантово-механични условия, казва Агуло. „Необходима е квантова теория на гравитацията, като квантовата космология на цикъла, за да се надхвърли границите, наложени от теорията на Айнщайн, и да се опишат физическите процеси, настъпили при раждането на Вселената.“ Предишната работа на групата на Аштекар вече представи теорията за модифициран Голям взрив, при който нашата Вселена е възникнала не от нищото, а от изключително компресирана материя, която може да е имала някаква история преди това.

Въпреки че условията, описани от квантовата механика за раждането на Вселената, са поразително различни от условията, описани от теорията на относителността за времето след инфлацията, съществува връзка между моделите, описващи тези две епохи. Използвайки и двата математически инструмента, персоналът на университета успя да покаже как клъстери от галактики и всички големи структури, които виждаме сега, са израснали от места, които се открояват на общия фон на космическото микровълново фоново лъчение чрез колебания в плътността на материята. Още по-интересното е, че математическият апарат на примковата квантова космология прави възможно да се получат самите характеристики на космическото микровълново фоново лъчение от флуктуации, датиращи от самото начало на Вселената. „Нашата работа измества границата на знанието за случилото се във Вселената обратно до Големия взрив, увеличавайки границата на постижимата плътност на материята с 11 порядъка“, казва Нелсън. „Успяхме да стесним обхвата на първоначалните условия по време на експлозията и също така показахме, че тези начални условия са в съгласие с характеристиките на космическото микровълново фоново лъчение.“ Новата теория се отклонява в някои части от стандартните предположения за Големия взрив и теориите за инфлацията, което позволява сравнение между двете. При сегашното ниво на наблюдения обаче това е невъзможно.


История на произход
Основателите на „примковата квантова теория на гравитацията” през 80-те години на 20 век са Лий Смолин, Абей Аштекар, Тед Джейкъбсън и Карло Ровели. Според тази теория пространството и времето се състоят от отделни части. Тези малки квантови клетки на пространството са свързани една с друга по определен начин, така че на малки мащаби от време и дължина те създават пъстра, дискретна структура на пространството, а на големи мащаби те плавно се трансформират в непрекъснато гладко пространство-време.

Примкова гравитация и физика на частиците
Едно от предимствата на примковата квантова теория на гравитацията е естествеността, с която тя обяснява Стандартния модел на физиката на елементарните частици.

В своята статия от 2005 г. Сънданс Билсън-Томпсън предлага модел (очевидно базиран на по-общата теория на плитките на М. Хованов), в който ришоните Харари са превърнати в удължени лентовидни обекти, наречени ленти. Потенциално това би могло да обясни причините за самоорганизацията на подкомпонентите на елементарните частици, водеща до появата на цветен заряд, докато в предишния преонов (Rishon) модел основните елементи бяха точкови частици, а цветният заряд беше постулиран. Билсън-Томпсън нарича своите удължени ленти „гелони“, а модела си – гелон. Този модел води до тълкуването на електрическия заряд като топологична единица, която възниква, когато лентите са усукани.

Втората статия, публикувана от Билсън-Томпсън през 2006 г. с Фотини Маркополу и Лий Смолин, предполага, че за всяка примкова теория на квантовата гравитация, в която пространство-времето е квантовано, възбудените състояния на самото пространство-време могат да играят ролята на преони, което води до появата на стандартния модел като възникващо свойство на теорията на квантовата гравитация.

По този начин Билсън-Томпсън и неговите съавтори предложиха теорията за квантовата гравитация да възпроизведе стандартния модел чрез автоматично обединяване на четирите фундаментални сили. В същото време, с помощта на преони, представени под формата на бради (тъкачи на влакнесто пространство-време), беше възможно да се конструира успешен модел на първото поколение фундаментални фермиони (кварки и лептони) с повече или по-малко правилно възпроизвеждане на техните заряди и паритети.

Оригиналната статия на Билсън-Томпсън предполага, че фундаменталните фермиони от второ и трето поколение могат да бъдат представени като по-сложни брадове, а фермионите от първо поколение като възможно най-простите брадове, въпреки че не са дадени конкретни представяния на сложни брадове. Смята се, че електрическият и цветният заряд, както и паритетът на частиците, принадлежащи към поколения от по-висок ранг, трябва да се получат точно по същия начин, както при частиците от първо поколение. Използването на квантови изчислителни методи направи възможно да се покаже, че частиците от този вид са стабилни и не се разпадат под въздействието на квантови флуктуации.

Лентовите структури в модела на Билсън-Томпсън са представени като единици, състоящи се от същата материя като самото пространство-време. Въпреки че документите на Билсън-Томпсън показват как фермиони и бозони могат да бъдат произведени от тези структури, те не обсъждат как може да се използва брадинг за получаване на бозона на Хигс.

L. Freidel, J. Kowalski-Glikman и A. Starodubtsev предложиха в своята статия от 2006 г., че елементарните частици могат да бъдат представени с помощта на линии на Wilson на гравитационно поле, което означава, че свойствата на частиците (техните маси, енергии и спинове) могат да съответстват на свойствата на бримките на Уилсън - основните обекти на теорията на бримковата квантова гравитация. Тази работа може да се разглежда като допълнителна теоретична подкрепа за преонния модел на Билсън-Томпсън.

Използвайки формализма на модела на въртящата се пяна, който е пряко свързан с теорията на примковата квантова гравитация и се основава само на първоначалните принципи на последната, също е възможно да се възпроизведат някои други частици от Стандартния модел, като фотони, глуони и гравитони - независимо от схемата Билсън-Томпсън Брад за фермиони. Въпреки това, от 2006 г., все още не е възможно да се конструират хелонни модели, използвайки този формализъм. Моделът на хелон не съдържа брадове, които биха могли да се използват за конструиране на бозона на Хигс, но по принцип този модел не отрича възможността за съществуването на този бозон под формата на някакъв вид съставна система. Билсън-Томпсън отбелязва, че тъй като частиците с по-големи маси обикновено имат по-сложна вътрешна структура (включително усукването на брадовете), тази структура може да бъде свързана с механизма на образуване на маса. Например в модела на Билсън-Томпсън структурата на фотон с нулева маса съответства на неусукани брадове. Въпреки това, остава неясно дали фотонният модел, получен във формализма на спиновата пяна, съответства на фотона на Билсън-Томпсън, който в неговия модел се състои от три неусукани ленти (възможно е няколко версии на фотонния модел да бъдат конструирани в рамките на спиновата пяна формализъм).

Първоначално понятието "преон" се използва за обозначаване на точкови субчастици, включени в структурата на полуспинови фермиони (лептони и кварки). Както вече споменахме, използването на точкови частици води до парадокса на масата. В модела на Билсън-Томпсън лентите не са „класически“ точкови структури. Билсън-Томпсън използва термина "преон", за да поддържа приемственост в терминологията, но с този термин се отнася до по-широк клас от обекти, които са компоненти на структурата на кварки, лептони и калибровъчни бозони.

Важно за разбирането на подхода на Билсън-Томпсън е, че в неговия преонов модел елементарни частици като електрона са описани от гледна точка на вълнови функции. Сумата от квантовите състояния на въртяща се пяна, имаща кохерентни фази, също се описва от гледна точка на вълнова функция. Следователно е възможно, използвайки формализма на спиновата пяна, да се получат вълнови функции, съответстващи на елементарни частици (фотони и електрони). Понастоящем комбинирането на теорията на елементарните частици с теорията на квантовата гравитация е много активна област на изследване.

През октомври 2006 г. Билсън-Томпсън модифицира своята статия, отбелязвайки, че въпреки че неговият модел е вдъхновен от преонни модели, той не е преон в тесния смисъл на думата, така че топологичните диаграми от неговия преонен модел най-вероятно могат да бъдат използвани в други фундаментални теории , като например М-теорията. Теоретичните ограничения, наложени на преонните модели, не са приложими към неговия модел, тъй като в него свойствата на елементарните частици произтичат не от свойствата на субчастиците, а от връзките на тези субчастици една с друга (брадс). Една от възможностите е, например, „вграждане“ на преони в М-теорията или в теорията на квантовата гравитация с цикъл.

Примкова квантова гравитация - какво е това? Именно този въпрос ще разгледаме в тази статия. Като начало ще дефинираме нейните характеристики и фактическа информация, а след това ще се запознаем с нейния противник – струнната теория, която ще разгледаме в общ вид за разбиране и взаимовръзка с примковата квантова гравитация.

Въведение

Една от теориите, описващи квантовата гравитация, е набор от данни за примковата гравитация на квантово ниво на организация на Вселената. Тези теории се основават на концепцията за дискретност на времето и пространството по скалата на Планк. Позволява да се реализира хипотезата за пулсираща Вселена.

Лий Смолин, Т. Джейкъбсън, К. Ровели и А. Аштекар са основателите на теорията за примковата квантова гравитация. Формирането му започва през 80-те години. ХХ век. В съответствие с твърденията на тази теория "ресурсите" - времето и пространството - са системи от отделни фрагменти. Те се описват като клетки с квантови размери, които се държат заедно по специален начин. Въпреки това, достигайки големи размери, ние наблюдаваме изглаждане на пространство-времето и то ни се струва непрекъснато.

Циклична гравитация и частици на Вселената

Една от най-поразителните „характеристики“ на теорията за примковата квантова гравитация е нейната естествена способност да решава определени проблеми във физиката. Това ни позволява да обясним много въпроси, свързани със стандартния модел на физиката на елементарните частици.

През 2005 г. е публикувана статия от С. Билсън-Томпсън, който предлага модел с трансформиран Ришон Харари, който е под формата на удължен лентов обект. Последният се нарича панделка. Изчисленият потенциал предполага, че може да обясни причината за независимата организация на всички подкомпоненти. В края на краищата именно това явление причинява цветния заряд. Предишният преонов модел разглежда точковите частици като основен елемент. Зарядът на цвета може да бъде постулиран. Този модел ни позволява да опишем електрическите заряди като топологична единица, която може да възникне в случай на усукване на лентата.

Втората статия на тези съавтори, публикувана през 2006 г., е работа, в която участват и Л. Смолин и Ф. Маркополу. Учените изложиха предположението, че всички теории за квантовата примкова гравитация, включени в класа примки, твърдят, че в тях пространството и времето са състояния, възбудени от квантуване. Тези състояния могат да действат като преони, които пораждат известния стандартен модел. Това от своя страна обуславя появата на свойствата на теорията.

Четиримата учени също предполагат, че теорията за квантовата примкова гравитация е в състояние да възпроизведе Стандартния модел. Той автоматично свързва четирите фундаментални сили заедно. В тази форма концепцията за „брад“ (преплетено фиброзно пространство-време) тук се отнася до концепцията за преони. Именно брадите позволяват да се пресъздаде правилният модел от представители на „първото поколение” частици, което се основава на фермиони (кварки и лептони) с преобладаващо правилни методи за пресъздаване на заряда и паритета на самите фермиони.

Билсън-Томпсън приема, че фермионите от фундаменталните „серии“ от 2-ро и 3-то поколение могат да бъдат представени под формата на същите брадове, но с по-сложна структура. Фермионите от 1-во поколение са представени тук от най-простите брадове. Тук обаче е важно да се знае, че все още не са представени конкретни идеи за сложността на тяхната структура. Смята се, че цветните и електрическите заряди, както и „състоянието” на паритета на частиците в първото поколение се формират точно по същия начин, както в останалите. След като тези частици бяха открити, бяха проведени много експерименти за създаване на ефекти върху тях чрез квантови флуктуации. Крайните резултати от експериментите показаха, че тези частици са стабилни и не се разпадат.

Лентова структура

Тъй като тук разглеждаме информация за теории, без да използваме изчисления, можем да кажем, че това е кръгова квантова гравитация „за манекени“. И не може без описание на лентовите структури.

Существа, в които материята е представена от същите „неща“ като пространство-времето, е общо описателно представяне на модела, който Билсън-Томпсън ни представи. Тези обекти са лентовите структури на дадена описателна характеристика. Този модел ни показва как се произвеждат фермиони и как се образуват бозони. Това обаче не отговаря на въпроса как Хигс бозонът може да бъде получен чрез брандиране.

L. Freidel, J. Kowalski-Glickman и A. Starodubtsev през 2006 г. в една статия предполагат, че линиите на Wilson на гравитационните полета могат да опишат елементарни частици. Това означава, че свойствата, притежавани от частиците, са в състояние да съответстват на качествените параметри на контурите на Wilson. Последните от своя страна са основният обект на примковата квантова гравитация. Тези изследвания и изчисления също се считат за допълнителна основа за теоретична подкрепа, описваща модела Билсън-Томпсън.

Използването на формализма на модела на въртящата се пяна, който е пряко свързан с теорията, изучавана и анализирана в тази статия (T.P.K.G.), както и базирането му на оригиналния набор от принципи на тази теория на квантовата примкова гравитация, прави възможно възпроизвеждането на някои частици от Стандартния модел, които не са могли да получат преди. Това бяха фотонни частици, също глуони и гравитони.

Има и модел гелони, при които брадовете не се вземат предвид поради липсата им като такива. Но самият модел не предоставя точен начин да се отрече тяхното съществуване. Неговото предимство е, че можем да опишем Хигс бозона като вид съставна система. Това се обяснява с наличието на по-сложни вътрешни структури в частиците с голяма маса. Имайки предвид усукването на брадовете, имаме право да предположим, че тази структура може да се отнася до механизма на масовото създаване. Например, формата на модела на Билсън-Томпсън, който описва фотона като частица с нулева маса, съответства на състоянието на брад в неусукано състояние.

Разбиране на подхода Билсън-Томпсън

В лекции за квантовата примкова гравитация, когато описват по-добър подход за разбиране на модела Билсън-Томпсън, те споменават, че това описание на преонния модел на елементарните частици позволява електроните да бъдат характеризирани като функции с вълнова природа. Факт е, че общият брой на квантовите състояния, притежавани от спинови пени с кохерентни фази, също могат да бъдат описани с термините В момента се извършва активна работа, насочена към обединяване на теорията на елементарните частици и T.P.K.G.

Сред книгите за цикличната квантова гравитация можете да намерите много информация, например в произведенията на О. Фейрин за парадоксите на квантовия свят. Сред другите произведения си струва да се обърне внимание на статиите на Лий Смолин.

Проблеми

Модифицираният документ на Билсън-Томпсън признава, че масовият спектър на частиците е нерешен проблем, който неговият модел не може да опише. Освен това не решава проблемите, свързани със завъртанията, смесването на Cabibbo. Това изисква връзка с по-фундаментална теория. По-късните версии на статията прибягват до описване на динамиката на брадовете с помощта на прехода на Puchner.

В света на физиката има постоянна конфронтация: теория на струните срещу теория на примковата квантова гравитация. Това са два фундаментални труда, върху които са работили и работят много известни учени по света.

Теория на струните

Когато говорим за теорията на квантовата примкова гравитация и теорията на струните, важно е да разберем, че това са два напълно различни начина за разбиране на структурата на материята и енергията във Вселената.

Теорията на струните е „пътят на еволюцията“ на физическата наука, която се опитва да изучава динамиката на взаимните действия не между точкови частици, а между квантови струни. Материалът на теорията съчетава идеята за механиката на квантовия свят и теорията на относителността. Това вероятно ще помогне на хората да изградят бъдеща теория за квантовата гравитация. Именно поради формата на обекта на изследване, тази теория се опитва да опише основите на Вселената по различен начин.

За разлика от теорията на квантовата примкова гравитация, теорията на струните и нейните основи се основават на хипотетични данни, които предполагат, че всяка елементарна частица и всички нейни взаимодействия от фундаментално естество са следствие от вибрациите на квантовите струни. Тези „елементи” на Вселената имат ултрамикроскопични размери и в мащаби от порядъка на дължината на Планк са равни на 10 -35 m.

Данните на тази теория са математически значими доста точно, но все още не са намерили действително потвърждение в областта на експериментите. Теорията на струните се свързва с мултивселени, които са интерпретация на информация в безкраен брой светове с различен тип и форма на развитие на абсолютно всичко.

Деформация

Примкова квантова гравитация или Това е доста важен въпрос, който е труден, но трябва да бъде разбран. Това е особено важно за физиците. За да разберете по-добре теорията на струните, ще бъде важно да знаете няколко неща.

Теорията на струните би могла да ни даде описание на прехода и всички характеристики на всяка фундаментална частица, но това е възможно само ако можем също да екстраполираме струните в нискоенергийната област на физиката. В такъв случай всички тези частици биха били под формата на ограничения върху спектъра на възбуждане в нелокална едномерна леща, от които има безкраен брой. Характерният размер на струните е изключително малка стойност (около 10 -33 m). Поради това човек не може да ги наблюдава по време на експерименти. Аналог на това явление е трептенето на струните на музикалните инструменти. Спектралните данни, които "формират" струната, могат да бъдат възможни само за определена честота. С увеличаване на честотата нараства и енергията (натрупана от вибрации). Ако приложим формулата E = mc 2 към това твърдение, тогава можем да създадем описание на материята, която изгражда Вселената. Теорията постулира, че размерите на масата на частиците, които се проявяват като вибрираща струна, са видими в реалния свят.

Физиката на струните оставя отворен въпроса за измеренията на пространство-времето. Липсата на допълнителни пространствени измерения в макроскопичния свят се обяснява по два начина:

  1. Компактизиране на размери, които са навити до размери, в които ще съответстват на порядъка на дължината на Планк;
  2. Локализация на целия брой частици, които образуват многоизмерната Вселена, върху четириизмерен „лист на света“, който се описва като мултивселена.

Квантуване

Тази статия обхваща концепцията за примкова теория на квантовата гравитация за манекени. Тази тема е изключително трудна за разбиране на математическо ниво. Тук разглеждаме общата идея, базирана на описателен подход. Освен това във връзка с две „противоположни“ теории.

За да разберем по-добре теорията на струните, също е важно да знаем за съществуването на първичния и вторичния подход на квантуване.

Вторичното квантуване се основава на концепции за струнно поле, а именно функционал на пространството на цикъла, което е подобно на квантовата теория на полето. Формализмите на първичния подход създават описание на движението на тестовите струни във външните им полета с помощта на математически техники. Това не влияе отрицателно на взаимодействието между струните и също така включва феномена на разпадане и обединяване на струни. Основният подход е връзката между струнните теории и твърденията на обикновената теория на полето на световната повърхност.

Суперсиметрия

Най-важният и необходим, както и реалистичен „елемент“ на струнната теория е суперсиметрията. Общият набор от частици и взаимодействията между тях, които се наблюдават при относително ниски енергии, е в състояние да възпроизведе структурния състав на стандартния модел в почти целия му вид. Много свойства на стандартния модел придобиват елегантни обяснения от гледна точка на теорията на суперструните, което също е важен аргумент за теорията. Все още обаче няма принципи, които биха могли да обяснят това или онова ограничение на струнните теории. Тези постулати трябва да ни позволят да получим форма на света, подобна на стандартния модел.

Свойства

Най-важните свойства на струнната теория са следните:

  1. Принципите, които определят структурата на Вселената, са гравитацията и механиката на квантовия свят. Те са компоненти, които не могат да бъдат разделени при създаване на обща теория. Теорията на струните прилага това предположение.
  2. Изследванията на много развити концепции от двадесети век, които ни позволяват да разберем фундаменталната структура на света, с всичките им много принципи на действие и обяснения, са комбинирани и следват от теорията на струните.
  3. Теорията на струните няма свободни параметри, които трябва да се коригират, за да се осигури съгласие, както например се изисква в стандартния модел.

В заключение

С прости думи, квантовата примкова гравитация е един от начините за възприемане на реалността, който се опитва да опише фундаменталната структура на света на ниво елементарни частици. Тя ви позволява да решавате много проблеми във физиката, които засягат организацията на материята, а също така е една от водещите теории в целия свят. Неговият основен опонент е теорията на струните, което е съвсем логично, предвид множеството верни твърдения на последната. И двете теории са потвърдени в различни области на изследване на елементарните частици, а опитите за обединяване на „квантовия свят“ и гравитацията продължават и до днес.

Теоретичният физик Сабине Хосенфелдер от Стокхолм смята, че два алтернативни кандидата за „теория на всичко“ (струнната теория и примковата квантова гравитация) са страните на една и съща монета. Според нея примковата квантова гравитация вече е постигнала голям напредък. За това ученият говори на страниците на онлайн изданието Quanta Magazine.

Теория на струните

Струнната теория е дял от теоретичната физика, който изучава динамиката на взаимодействието не на точкови частици, а на едномерни разширени обекти, така наречените квантови струни. Теорията на струните съчетава идеите на квантовата механика и теорията на относителността, така че на нейна основа може да бъде изградена бъдеща теория за квантовата гравитация.

Теорията на струните се основава на хипотезата, че всички елементарни частици и техните фундаментални взаимодействия възникват в резултат на трептения и взаимодействия на ултрамикроскопични квантови струни в мащаби от порядъка на дължината на Планк от 10?35 м. Този подход, от една страна, избягва такива трудности на квантовата теория на полето, като пренормирането, а от друга страна, води до по-задълбочен поглед върху структурата на материята и пространство-времето. Квантовата теория на струните възниква в началото на 70-те години на миналия век в резултат на разбирането на формулите на Габриеле Венециано, свързани със струнните модели на структурата на адроните. Средата на 1980-те и средата на 1990-те години бяха белязани от бързото развитие на теорията на струните и се очакваше, че в близко бъдеще, на базата на теорията на струните, ще бъде така наречената „единна теория“ или „теория на всичко“; формулиран, чието търсене Айнщайн прекара десетилетия безуспешно. Но въпреки математическата строгост и целостта на теорията, все още не са намерени варианти за експериментално потвърждение на теорията на струните. Възникнала, за да опише адронната физика, но не съвсем подходяща за това, теорията се озова в един вид експериментален вакуум за описание на всички взаимодействия.

Един от основните проблеми, когато се опитваме да опишем процедурата за редуциране на струнните теории от измерение 26 или 10 до нискоенергийна физика на измерение 4, е големият брой опции за компактификация на допълнителни измерения в многообразия и орбифолди на Калаби-Яу, които вероятно са специални гранични случаи на пространства на Калаби-Яу. Големият брой възможни решения от края на 70-те и началото на 80-те години на миналия век създаде това, което е известно като „проблем с ландшафта“, карайки някои учени да се съмняват дали теорията на струните заслужава научен статут.

Въпреки тези трудности, развитието на теорията на струните стимулира развитието на математически формализми, главно алгебрична и диференциална геометрия, топология, а също така направи възможно по-доброто разбиране на структурата на предишните теории за квантовата гравитация. Развитието на струнната теория продължава и се надяваме, че липсващите елементи на струнните теории и съответните явления ще бъдат открити в близко бъдеще, включително в резултат на експерименти в Големия адронен колайдер.

Примкова теория на квантовата гравитация

Примковата квантова гравитация е една от теориите за квантовата гравитация.

В теорията на квантовата гравитация гладкото и непрекъснато пространство, с което сме запознати в свръхмалки мащаби, се оказва структура с много сложна геометрия.

Едно от предимствата на примковата квантова теория на гравитацията е естествеността, с която тя обяснява Стандартния модел на физиката на елементарните частици.

В своята статия от 2005 г. Сънданс Билсън-Томпсън предлага модел (очевидно базиран на по-общата теория на плитките на М. Хованов), в който ришоните Харари се трансформират в удължени лентовидни обекти, наречени ленти. Потенциално това би могло да обясни причините за самоорганизацията на подкомпонентите на елементарните частици, водеща до появата на цветен заряд, докато в предишния преонов (Rishon) модел основните елементи бяха точкови частици, а цветният заряд беше постулиран. Билсън-Томпсън нарича своите удължени ленти „гелони“, а модела си – гелон. Този модел води до тълкуването на електрическия заряд като топологична единица, която възниква, когато лентите са усукани.

Втората статия, публикувана от Билсън-Томпсън през 2006 г. с Фотини Маркополу и Лий Смолин, предполага, че за всяка примкова теория на квантовата гравитация, в която пространство-времето е квантовано, възбудените състояния на самото пространство-време могат да играят ролята на преони, което води до появата на стандартния модел като възникващо свойство на теорията на квантовата гравитация.

По този начин Билсън-Томпсън и неговите съавтори предложиха теорията за квантовата гравитация да възпроизведе стандартния модел чрез автоматично обединяване на четирите фундаментални сили. В същото време, с помощта на преони, представени под формата на бради (тъкачи на влакнесто пространство-време), беше възможно да се конструира успешен модел на първото поколение фундаментални фермиони (кварки и лептони) с повече или по-малко правилно възпроизвеждане на техните заряди и паритети.

Оригиналната статия на Билсън-Томпсън предполага, че фундаменталните фермиони от второ и трето поколение могат да бъдат представени като по-сложни брадове, а фермионите от първо поколение като възможно най-простите брадове, въпреки че не са дадени конкретни представяния на сложни брадове. Смята се, че електрическият и цветният заряд, както и паритетът на частиците, принадлежащи към поколения от по-висок ранг, трябва да се получат точно по същия начин, както при частиците от първо поколение. Използването на квантови изчислителни методи направи възможно да се покаже, че частиците от този вид са стабилни и не се разпадат под въздействието на квантови флуктуации.

Лентовите структури в модела на Билсън-Томпсън са представени като единици, състоящи се от същата материя като самото пространство-време. Въпреки че документите на Билсън-Томпсън показват как фермиони и бозони могат да бъдат произведени от тези структури, те не обсъждат как може да се използва брадинг за получаване на бозона на Хигс.

L. Freidel, J. Kowalski-Glikman и A. Starodubtsev предложиха в своята статия от 2006 г., че елементарните частици могат да бъдат представени с помощта на линии на Wilson на гравитационно поле, което означава, че свойствата на частиците (техните маси, енергии и спинове) могат да съответстват на свойствата на бримките на Уилсън - основните обекти на теорията на бримковата квантова гравитация. Тази работа може да се разглежда като допълнителна теоретична подкрепа за преонния модел на Билсън-Томпсън.

Използвайки формализма на модела на въртящата се пяна, който е пряко свързан с теорията на примковата квантова гравитация и се основава само на първоначалните принципи на последната, също е възможно да се възпроизведат някои други частици от Стандартния модел, като фотони, глуони и гравитони - независимо от схемата Билсън-Томпсън Брад за фермиони. Въпреки това, от 2006 г., все още не е възможно да се конструират хелонни модели, използвайки този формализъм. Моделът на хелон не съдържа брадове, които биха могли да се използват за конструиране на бозона на Хигс, но по принцип този модел не отрича възможността за съществуването на този бозон под формата на някакъв вид съставна система. Билсън-Томпсън отбелязва, че тъй като частиците с по-големи маси обикновено имат по-сложна вътрешна структура (включително усукването на брадовете), тази структура може да бъде свързана с механизма на образуване на маса. Например в модела на Билсън-Томпсън структурата на фотон с нулева маса съответства на неусукани брадове. Въпреки това, остава неясно дали фотонният модел, получен във формализма на спиновата пяна, съответства на фотона на Билсън-Томпсън, който в неговия модел се състои от три неусукани ленти (възможно е няколко версии на фотонния модел да бъдат конструирани в рамките на спиновата пяна формализъм).

Първоначално понятието "преон" се използва за обозначаване на точкови субчастици, включени в структурата на полуспинови фермиони (лептони и кварки). Както вече споменахме, използването на точкови частици води до парадокса на масата. В модела на Билсън-Томпсън лентите не са „класически“ точкови структури. Билсън-Томпсън използва термина "преон", за да поддържа приемственост в терминологията, но с този термин се отнася до по-широк клас от обекти, които са компоненти на структурата на кварки, лептони и калибровъчни бозони.

Важно за разбирането на подхода на Билсън-Томпсън е, че в неговия преонов модел елементарни частици като електрона са описани от гледна точка на вълнови функции. Сумата от квантовите състояния на въртяща се пяна, имаща кохерентни фази, също се описва от гледна точка на вълнова функция. Следователно е възможно, използвайки формализма на спиновата пяна, да се получат вълнови функции, съответстващи на елементарни частици (фотони и електрони). Понастоящем комбинирането на теорията на елементарните частици с теорията на квантовата гравитация е много активна област на изследване.

През октомври 2006 г. Билсън-Томпсън модифицира своята статия, отбелязвайки, че въпреки че неговият модел е вдъхновен от преонни модели, той не е преон в тесния смисъл на думата, така че топологичните диаграми от неговия преонен модел вероятно ще бъдат използвани в други фундаментални теории , като М-теорията. Теоретичните ограничения, наложени на преонните модели, не са приложими към неговия модел, тъй като в него свойствата на елементарните частици произтичат не от свойствата на субчастиците, а от връзките на тези субчастици една с друга (брадс). Една от възможностите е, например, „вграждане“ на преони в М-теорията или в теорията на квантовата гравитация с цикъл.

Както съобщава Хосенфелдер, разширенията на примковата квантова гравитация в по-високи измерения включват, подобно на струнната теория, суперсиметрия. За да бъде примковата квантова гравитация в съответствие със специалната теория на относителността, първата, както вярва Родолфо Гамбини от Уругвай, изисква въвеждането на взаимодействия, подобни на тези в теорията на струните.

Херман Верлинде от Принстънския университет вярва, че примковата квантова гравитация може да помогне за постигане на напредък в разбирането на идеята за AdS/CFT кореспонденцията (кореспонденция анти-де Ситър / конформна теория на полето) между конформната теория на полето и гравитацията. В скорошната си работа, съобщава Хосенфелдер, физикът е използвал методи на квантовата гравитация на цикъла, за да опише триизмерното пространство-време (в което две координати са пространствени, а една е времева).

В момента няколко хиляди теоретични физици работят върху струнната теория. Над кръговата квантова гравитация има стотици пъти по-малко специалисти. Повечето струнни теоретици не приемат на сериозно кръговата квантова гравитация. Теорията на струните се основава на предположението за съществуването в мащабите на Планк на хипотетични едномерни обекти - струни, чиито възбуждения се интерпретират като елементарни частици и техните взаимодействия.

Тази теория е последователно развитие на квантовата теория на полето, която понастоящем е математическият апарат за съвременната физика на елементарните частици - Стандартният модел. За разлика от струнната теория, примковата квантова гравитация предполага съществуването на дискретна пространствено-времева решетка, образувана от квантови клетки. Динамиката на тези клетки определя структурата на пространство-времето.

Каним ви да гледате дебата между физици, защитаващи теория, противоположна на тяхната специализация:

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Преглеждания: 227

Енциклопедичен YouTube

  • 1 / 5

    Основателите на „примковата квантова теория на гравитацията” през 80-те години на 20 век са Лий Смолин, Абей Аштекар, Тед Джейкъбсън (английски)И Карло Ровели [премахване на шаблон] . Според тази теория пространството и времето се състоят от отделни части. Тези малки квантови клетки на пространството са свързани една с друга по определен начин, така че на малки мащаби от време и дължина те създават пъстра, дискретна структура на пространството, а на големи мащаби те плавно се трансформират в непрекъснато гладко пространство-време.

    Примкова гравитация и физика на частиците

    Едно от предимствата на примковата квантова теория на гравитацията е естествеността, с която тя обяснява Стандартния модел на физиката на елементарните частици.

    По този начин Билсън-Томпсън и неговите съавтори предложиха теорията на квантовата гравитация да възпроизведе стандартния модел чрез автоматично обединяване на всички четири основни взаимодействия. В същото време, с помощта на преони, представени под формата на бради (тъкачи на влакнесто пространство-време), беше възможно да се конструира успешен модел на първото поколение фундаментални фермиони (кварки и лептони) с повече или по-малко правилно възпроизвеждане на техните заряди и паритети.

    Оригиналната статия на Билсън-Томпсън предполага, че фундаменталните фермиони от второ и трето поколение могат да бъдат представени като по-сложни брадове, а фермионите от първо поколение като възможно най-простите брадове, въпреки че не са дадени конкретни представяния на сложни брадове. Смята се, че електрическият и цветният заряд, както и паритетът на частиците, принадлежащи към поколения от по-висок ранг, трябва да се получат точно по същия начин, както при частиците от първо поколение. Използването на квантови изчислителни методи направи възможно да се покаже, че частиците от този вид са стабилни и не се разпадат под въздействието на квантови флуктуации.

    Лентовите структури в модела на Билсън-Томпсън са представени като единици, състоящи се от същата материя като самото пространство-време. Въпреки че документите на Билсън-Томпсън показват как фермиони и бозони могат да бъдат получени от тези структури, въпросът как Хигс бозонът може да бъде получен с помощта на брадинг не се обсъжда в тях.

    Л. Фрайдел ( Л. Фрайдел), Дж. Ковалски-Гликман ( Й. Ковалски-Гликман) и А. Стародубцев в своя документ от 2006 г. предполагат, че елементарните частици могат да бъдат представени с помощта на линии на Уилсън на гравитационно поле, което означава, че свойствата на частиците (тяхната маса, енергия и спин) могат да съответстват на свойствата на контурите на Уилсън - основните обекти на теорията на примковата квантова гравитация. Тази работа може да се разглежда като допълнителна теоретична подкрепа за преонния модел на Билсън-Томпсън.

    Използване на формализма на модела спин пяна, която е пряко свързана с теорията на примковата квантова гравитация и въз основа само на първоначалните принципи на последната, също е възможно да се възпроизведат някои други частици от Стандартния модел, като фотони, глуони и гравитони - независимо от Брадсън - Схема на Томпсън за фермиони. Въпреки това, от 2006 г., все още не е възможно да се конструират хелонни модели, използвайки този формализъм. Моделът на хелон не съдържа брадове, които биха могли да се използват за конструиране на бозона на Хигс, но по принцип този модел не отрича възможността за съществуването на този бозон под формата на някакъв вид съставна система. Билсън-Томпсън отбелязва, че тъй като частиците с по-големи маси обикновено имат по-сложна вътрешна структура (включително усукването на брадовете), тази структура може да бъде свързана с механизма на образуване на маса. Например в модела на Билсън-Томпсън структурата на фотон с нулева маса съответства на неусукани брадове. Вярно е, че остава неясно дали фотонният модел, получен във формализма на спиновата пяна, съответства на фотона на Билсън-Томпсън, който в неговия модел се състои от три неусукани ленти (възможно е няколко версии на фотонния модел да бъдат конструирани в рамките на спиновата пяна формализъм).

    Първоначално понятието "преон" се използва за обозначаване на точкови субчастици, включени в структурата на полуспинови фермиони (лептони и кварки). Както вече споменахме, използването на точкови частици води до парадокса на масата. В модела на Билсън-Томпсън лентите не са „класически“ точкови структури. Билсън-Томпсън използва термина "преон", за да поддържа приемственост в терминологията, но с този термин се отнася до по-широк клас от обекти, които са компоненти на структурата на кварки, лептони и калибровъчни бозони.

    Важно за разбирането на подхода на Билсън-Томпсън е, че в неговия преонов модел елементарни частици като електрона са описани от гледна точка на вълнови функции. Сумата от квантовите състояния на въртяща се пяна, имаща кохерентни фази, също се описва от гледна точка на вълнова функция. Следователно е възможно, използвайки формализма на спиновата пяна, да се получат вълнови функции, съответстващи на елементарни частици (фотони и електрони). Понастоящем комбинирането на теорията на елементарните частици с теорията на квантовата гравитация е много активна област на изследване.

    През октомври 2006 г. Билсън-Томпсън модифицира своята статия, отбелязвайки, че въпреки че неговият модел е вдъхновен от преонни модели, той не е преон в тесния смисъл на думата, така че топологичните диаграми от неговия преонен модел най-вероятно могат да бъдат използвани в други фундаментални теории , като например М-теорията. Теоретичните ограничения, наложени на преонните модели, не са приложими към неговия модел, тъй като в него свойствата на елементарните частици произтичат не от свойствата на субчастиците, а от връзките на тези субчастици една с друга (брадс). Една от възможностите е, например, „вграждане“ на преони в М-теорията или в теорията на квантовата гравитация с цикъл.

    Сабине Хосенфелдер предложи да се разглеждат два алтернативни кандидата за „теория на всичко“ – струнната теория и примковата квантова гравитация – като страните на една и съща монета. За да се гарантира, че примковата квантова гравитация не противоречи на специалната теория на относителността, е необходимо да се въведат взаимодействия, които са подобни на тези, разглеждани в теорията на струните. .

    Проблеми на теорията

    В модифицирана версия на своята статия Билсън-Томпсън признава, че неразрешените проблеми в неговия модел остават масовият спектър на частиците, завъртанията, смесването на Кабибо и необходимостта моделът му да се свърже с по-фундаментални теории.

    По-късна версия на статията описва динамиката на брадовете, използващи движения на Пахнер.