Петлевая квантовая гравитация
Nov. 2nd, 2010 01:40 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
kaipa
Написать заметку о петлевой квантовой гравитации меня побудили несколько вещей. И одна из них -- статья из Википедии на эту тему, из которого человек "не в теме" едва ли поймет вообще, о чем идет речь. Это просто гениально и совершенно для википедии бесполезно:
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 (M. Khovanov)[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.
Ни фига тут нормальному человеку непонятно, а дело вот в чем.
Первая известная теория гравитации была создана еще Аристотелем. Он считал, что тела падают с разной скоростью, прямо пропорционально массе и обратно -- плотности среды. Это почти правда при наличии трения. Впрочем, большого практического смысла в то время теория все равно не имела.
Научная же теория гравитации была создана Ньютоном, все ее проходили в школе, поэтому напоминать не буду. Ньютон описал закон, по которому тела притягиваются друг к другу. Но к 20му веку физики от выведения законов переключились на поиск причин. Стал важен вопрос не "как", а "почему". И никто иной как Энштейн предложил теорию гравитации, основанную на геометрии Римана: гравитация определяется кривизной четырехмерного пространства-времени. Физика оказалась промоделирована довольно абстрактной геометрией. Теория элегантна, и подтверждается экспериментально.
Однако, на этом физики не остановились. Дело в том, что в 20-30 годы была разработана квантовая механика, которая довольно быстро развилась в квантовую теорию поля. Суть в том, что физические величины перестали быть непрерывными, но принимающими ступенчатые, дискретные значения. Например, энергия. В квантовой теории поля "переносчиками" фундаментальных взаимодействий стали кванты, некоторые неделимые "кусочки". Самое простое -- фотоны в электродинамике (или фотоны света, например). Или глюоны -- в сильном взаимодействии кварков. Но суть похожа. Причем теории были выстроены таким образом, что на микро-уровне можно было "работать" на уровне квантов, но при непрерывном переходе к макро-уровню получались все типичные свойства поля. В физике известны 4 типа фундаментальных полей (взаимодействий), и три из них квантуются. Но не гравитация. Причем проблемы квантования гравитационного поля оказались настолько фундаментальными, что физики стали искать другие способы "связать" воедино все фундаментальные поля (зачем? чтобы объяснить, как устроен мир), и появились теории струн и другие Теории Всего, основанные на экзотических пространствах и симметриях.
У всех этих теорий было одно свойство, очень любимое математиками -- геометрия пространства считалось непрерывной и гладкой. Собственно, так оно и есть в Римановой геометрии, использованной Энштейном. В середине 80х Ли Смолин с коллегами рискнули отказаться от гладкости и непрерывности, и им впервые удалось построить непротиворечивую квантовую модель гравитации при условии, что пространство тоже квантуемо! То есть состоит из "ячеек" планковской длины (десять в минус 33 см.), причудливым образом между собой соединенных. Для удобства представления, вместо ячеек они стали рассматривать узлы, а их соединения образуют то, что стали называть спиновой сетью. Это позволяет задать любую, сколь угодно искривленную, геометрию. Неожиданно, вроде бы абстрактная математическая дисциплина -- топология -- вдруг стала востребована именно тут, так как именно она изучает подобного рода объекты.
Но спиновая сеть -- это лишь мгновенный "снимок" состояния. В реальности, каждый момент времени в мире что-то происходит, и это выражается в трансформации сети. Сеть плюс время называется спиновой пеной, потому что во времени сеть постоянно "бурлит", переживая бесконечные трансформации. Время "получилось" тоже дискретным, с интервалом между "тиками" десять в минус 43 см.
Как любая хорошая теория (и этим, кстати, она отличается от Теории Струн), квантовая теория гравитации допускает эксперименты, которые могут ее подтвердить или опровергнуть. На сегодняшний момент, современная аппаратура не позволяет поставить такие эксперименты -- слишком малы эффекты, которые дает "зернистость" пространства -- но техника и фантазия ученых не стоят на месте. Во всяком случае такие эксперименты не кажутся невозможными.
Также в последнее время доказано, что в петлевая квантовая гравитация "в пределе" приводит к энштейновской модели (впрочем, иначе она бы не имела смысла). Интересно, что в отличие от энштейновской теории, в "нашей" теории Вселенная существует и до Большого Взрыва.
Теперь настало время вернуться к тому, о чем же пишет Википедия. На самом деле, о важном. О том, что теория петлевой квантовой гравитации позволяет вывести Стандартную модель квантовой механики, которая описывает элементарные частицы и их взаимодействия и многократно подтверждена экспериментально. И это делает ее полноценным кандидатом на Теорию Всего.
* Доступное изложение теории от Ли Смолина
P.S. А Большой Андронный Коллайдер работает себе потихоньку.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
Модель Бильсона-Томпсона
Date: 2011-07-04 07:57 am (UTC)А что касается микроструктуры пространства времени, то мне, пожалуй, больше всего импонирует причинная динамическая триангуляция, в которой четырёхмерность макроскопического просмтранства-времени выводится без каких-либо начальных допущений, кроме принципа причинности.
Re: Модель Бильсона-Томпсона
Date: 2011-07-05 06:47 pm (UTC)Насчет причинной динамической триангуляции -- интересно, а подробнее где можно посмотреть? Меня гложут сомнения, что кроме принципа причинности там больше ничего не постулируется.
Верлинде, CDT
Date: 2011-07-07 09:03 am (UTC)Первый же аргумент, который я придумал против (что энтропийные влияния неминуемо должны вести к декогеренции квантовых состояний в гравитационном поле), как вскоре выяснилось, действительно «убивает» построения Верлинде. Есть работа (http://arxiv.org/abs/arXiv:1009.5414) Арчила Кобахидзе, в которой тот рассматривает результаты экспериментов (http://dx.doi.org/10.1038%2F415297a) по распределению ультрахолодных нейтронов в гравитационном поле Земли. Как выяснилось, простой, знакомый со школы подход U=mgh находится в очень неплохом согласии с экспериментом, в то же время как теория Верлинде (в которой гравитационное поле потенциально лишь в классическом пределе) даёт что-то несусветное.
Неплохая русскоязычная вводная статья по триангуляции была в октябрьском «В мире науки» за 2008 год, ее можно почитать по ссылке:
http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/ambiorn_kvantovaya.pdf
На инглише материалов, котнечно, больше, логично начать с Википедии:
http://en.wikipedia.org/wiki/Causal_dynamical_triangulation
и там дальше по ссылкам.
Re: Модель Бильсона-Томпсона
Date: 2011-07-24 06:01 pm (UTC)Re: Модель Бильсона-Томпсона
Date: 2011-07-27 08:15 am (UTC)Новое опровержение Верлинде
Date: 2011-12-12 11:37 am (UTC)http://arxiv.org/abs/1108.4161
Re: Новое опровержение Верлинде
Date: 2011-12-14 05:06 am (UTC)