Adăugați la marcajul.
Ce a fost acolo înainte de Big Bang, și în cazul în care a făcut timp?
În teoria cuantică a gravitației ii familiare pentru a ne spațiu neted și continuu structura de scară este o geometrie foarte ultra mici complexă
(Imagine de pe site-ul www.aei.mpg.de)
Probleme decapitare, fizicienii de obicei, nu sunt discutate, deoarece teoria convențională a AI capabil să-i răspundă, încă. Recent, cu toate acestea, în cadrul gravitației cuantice buclă a reușit încă să urmărească evoluția unui model simplificat al universului înapoi în timp până la momentul Big Bang-ului, și chiar uita-te pentru ea. De-a lungul modul în care sa dovedit, tocmai în acest model există timp.
Observarea arată că universul pe scara mai mare, nu este fix, ci evoluează în timp. În cazul în care, pe baza teoriei moderne a lui urmări evoluția înapoi în timp, se pare că a observat acum parte a universului a fost înainte mai fierbinte și mai compact decât este acum, dar începutul a dat Big Bang - un proces de creare a universului dintr-o singularitate: o situație specială pentru care modernă legile fizicii nu se aplică.
Fizicienii, această situație nu este satisfăcută: ei vor să înțeleagă procesul în sine și Big Bang. Acesta este motivul pentru care astăzi multe încercări de a construi o UW teorie, care ar fi aplicabilă acestei situații. Încă de la primele momente de dupa Big Bang, cea mai importantă forță a gravitației se credea că pentru a atinge acest obiectiv este posibilă numai prin neconstruit până la teoria cuantică a gravitației ii.
La un moment dat, fizicienii au sperat că gravitația cuantică este descrisă de teoria supercorzile ii. dar recenta criză rd teoria corzilor zdruncinat încrederea. În această situație, mai multă atenție a început să atragă diverse abordări ale fenomenelor descrierea kvantovogravitatsionnyh și, în special, gravitatea bucla cuantice.
Bucla cuantică a gravitației este fundamental diferită de rd convențională teoria fizică și chiar a teoriei supercorzile ii. Obiecte de teor ii supercorzile, de exemplu, sunt multidimensionale diverse șiruri și membrane, care, cu toate acestea, zbura în prealabil pregătit pentru timpul și spațiul lor. Problema de modul în care a apărut multi-dimensional spațiu-timp într-o astfel de teorie a AI nu se va rezolva.
În teoria buclă a gravitației uu obiecte principale - celule mici spatiu cuantic. într-un anumit fel conectate între ele. Legea compușilor lor și capabil de a gestiona o cutie pe care acestea există. Valoarea acestui câmp este pentru aceste celule un fel de „timp intern“: tranziția de la un câmp slab la un câmp puternic arată exact ca și cum ar fi un fel de „trecut“, ceea ce ar afecta un fel de „viitor“. Această lege este conceput astfel încât pentru un univers suficient de mare, cu o concentrare și energie scăzută (adică departe de singularitatea) a celulei, așa cum au fost „fuzionat“ unul cu celălalt pentru a forma familiar pentru noi „solid“ spațiu-timp.
calcul descrisă se bazează, cu toate acestea, pe unele ipoteze simplificatoare despre proprietățile universale ale câmpului. Aparent, concluziile generale rămân fără astfel de ipoteze, dar încă trebuie să fie testat. Acesta va fi foarte interesant de urmărit dezvoltarea în continuare a acestor idei.
Atomii de spațiu și de timp
Dacă Ia teoria uimitoare a gravitației cuantice bucla este corectă, că spațiul și timpul sunt percepute de noi ca un proces continuu, de fapt, constau din particule discrete.
Din cele mai vechi timpuri unii filosofi și oameni de știință au sugerat că problema ar putea fi compus din atomi mici, dar în urmă cu 200 de ani, puțini au crezut că existența lor poate fi dovedită. Astăzi observăm atomii individuali și particulele studiaza componentele lor. Structura granulara a materiei nu este o veste pentru noi.
În deceniile recente, fizicieni și matematicieni se întreabă: Nu este de la piese discrete este spațiu? Este într-adevăr mai mult ca un continuu sau pe o bucată de țesătură de fibre individuale? Dacă am putea observa obiecte extrem de mici, veți vedea atomii de spațiu, cele mai mici particule indivizibile de volum? Și cum să fie cu vremurile: fără probleme în cazul în care există o schimbare în natura sau lumea se dezvoltă salturi mici, care acționează ca un computer?
De-a lungul ultimilor 16 de ani, oamenii de știință au semnificativ mai aproape de răspunsurile la aceste întrebări. Conform teoriei lui AI cu nume ciudat de „gravitației cuantice buclă“, spațiu și timp într-adevăr sunt formate din părți discrete. Calculele efectuate în cadrul acestui concept, descrie o imagine simplă și frumoasă, care ne ajută să explicăm fenomene misterioase legate de găurile negre și Big Bang-ul. Dar principalul avantaj al acestei teorii a AI-ul este faptul că, în viitorul apropiat previziunile sale pot fi testate experimental: vom găsi atomii de spațiu, în cazul în care acestea există cu adevărat.
Împreună cu colegii mei, vom dezvolta teoria cuantică bucla gravitației UW (PKG), încearcă să dezvolte o teorie mult așteptată cuantică a gravitației UW. Pentru a explica importanța critică a acesteia din urmă și relația acesteia cu natura discretă a spațiului și a timpului, trebuie să-ți spun un pic despre teoria cuantică și teoria uu uu gravitației.
Apariția mecanicii cuantice în primul trimestru al secolului XX. Acesta a fost asociat cu dovada că materia este compusă din atomi. Ecuațiile cuantice impun ca anumite cantități, cum ar fi energia atomului, am putut lua doar anumite valori discrete. Mecanica cuantică descrie exact proprietățile și comportarea atomilor particulelor elementare și forțele lor de legare. Cel mai de succes din istoria științei a teoriei cuantice Ia sta la baza intelegerea noastra de chimie, fizica atomică și subatomică, electronică și chiar biologie.
În același deceniu, atunci când o fază incipientă, mecanica cuantică, Albert Einstein a dezvoltat teoria generală a relativității, UW, care este o teorie a UW gravitatiei. Conform acestui fapt, forța gravitațională este rezultatul spațiu și timp de îndoire (care formează împreună un spațiu-timp) sub influența materiei.
Individual, mecanica cuantică și teoria generală a relativității Einstein a confirmat experimental țiilor. Dar eu nu am investigat un caz în care ar putea fi testate ambele teorii uu simultan. Faptul că efectele cuantice sunt vizibile doar într-o scară mică, și să devină efecte notabile ale teoriei generale a relativității uu nevoie de mase mari. Se combină sunt posibile ambele condiții numai în anumite circumstanțe extraordinare.
În plus față de lipsa de date experimentale, există o problemă conceptuală uriașă: teoria generală a relativității Einstein complet clasic țiilor, și anume nonquantum. Pentru a asigura integritatea logică a fizicii nevoie de teoria cuantică a ții gravitație unind mecanica cuantică cu teoria relativității generale iey în teoria cuantică a spațiu-timp UW.
Fizicienii au dezvoltat un set de proceduri matematice pentru conversia teoriei clasice a cuantice ii. Mulți oameni de știință au încercat în zadar să le aplice la teoria generală a relativității ii.
Calculele efectuate în anii 1960 și 1970. Acesta a aratat ca mecanica cuantică și teoria generală a relativității nu pot fi combinate UW. Se pare că situația poate fi salvată numai prin introducerea unui complet nou postulate atov, particule suplimentare, câmpuri sau obiecte de un alt fel. Teoria exotice unificate de AI trebuie să aibă loc numai în acele cazuri excepționale în care sunt semnificative și mecanice cuantice, și efecte gravitaționale. În încercarea de a ajunge la un compromis, cum ar fi născut direcții teor Ia Twistor, geometrie non-comutativă și supergravitation.
Foarte popular printre fizicienii favoarea teoriei siruri țiilor, în conformitate cu care, în plus față de bine-cunoscute trei dimensiuni spațiale există șase sau șapte, care încă nimeni nu a fost în măsură să vadă. siruri de caractere Teor Ia prezice, de asemenea, existența unui număr mare de particule elementare noi și forțe, prezența care nu a fost confirmată de observații. Unii oameni de știință cred că este o parte din așa-numita teorie-M ii, dar, din păcate, nu este o definiție exactă nu a fost încă propuse. Prin urmare, mulți experți consideră că este necesar să se analizeze alternativele disponibile. Teoria noastră buclă gravitației cuantice Oia - cele mai dezvoltate.
La mijlocul anilor 1980. noi, împreună cu Abi Ashtekerom (Abhay Ashtekar), Ted Jacobson (Ted Jacobson) și Carlo Rovelli (Carlo Rovelli) a decis să încerce din nou să se unească mecanica cuantică și relativitatea generală UW prin metode standard. Faptul că rezultatele negative obținute în 1970. a rămas o lacună importantă: calculele sa presupus că o geometrie continuă și lină a spațiului, indiferent cât de bine l-am examinat. De asemenea, persoanele tratate materialul înainte de deschiderea atomilor.
Deci, am decis să renunțe la conceptul unui spațiu continuu neted, și nu trebuie să existe ipoteze. cu excepția bine testate experimental prevederile teoriei generale a relativității AI și mecanicii cuantice. În special, două principii-cheie ale teoriei AI Einstein a pus bazele pentru calculele noastre.
Primul dintre acestea - independența față de mediul înconjurător - declară că geometria spațiu-timp nu este fix, ci se schimbă, valoare dinamică. Pentru a determina geometria necesară pentru a rezolva o serie de ecuații care să ia în considerare impactul energiei și materie, și. Apropo, teoria modernă a șirurile Ia nu este independent de mediul înconjurător: ecuațiile care descriu siruri de caractere, formulate într-un anumit clasic (de exemplu, non-cuantic), spațiu-timp.
Al doilea principiu, numit „invariante diffeomorphic“, spune că, pentru afișarea de spațiu-timp și construirea ecuațiilor suntem liberi să aleagă orice sistem de coordonate. Punct în spațiu-timp este dat numai evenimentele fizice care au loc în ea, și nu prin poziția sa în orice sistem de coordonate special (nu există nici o origine specială). invarianta Diffeomorphic - este extrem de importantă dispoziție fundamentală a teoriei generale a relativității ii.
combină cu grijă cele două principii cu metodele standard ale mecanicii cuantice, am dezvoltat un limbaj matematic, care a permis pentru calculele necesare și de a afla spațiu discret sau continuu. Spre bucuria noastră, calculele au indicat că spațiul este cuantizată! Așa că am pus bazele teoriei cuantice AI bucla gravitației. De altfel, termenul de „bucla“ a fost introdusă datorită faptului că, în unele calcule utilizate bucle mici marcate în spațiu-timp.
Mulți fizicieni și matematicieni au verificat calculele noastre, folosind diferite metode. De-a lungul anilor, teoria Ia gravitației cuantice buclă a întărit datorită eforturilor depuse de oameni de știință din diferite țări ale lumii. Munca realizată ne permite să încredere în imaginea de spațiu-timp, pe care le voi descrie mai jos.
În teoria cuantică uu este vorba de structura la cea mai mică spațiu-timp scara, și să înțeleagă că este necesar să se ia în considerare previziunile sale pentru o zonă mică sau de volum. Atunci când se ocupă cu fizica cuantică, este important să se determine care cantitățile fizice care urmează să fie măsurate. Imaginați-vă o anumită zonă indicată de graniță B (vezi. Fig. De mai jos), care poate fi dată obiect material (de exemplu, un înveliș din fontă) sau direct la geometria spațiu-timp (de exemplu, orizont de evenimente în cazul unei găuri negre). Ce se întâmplă când se măsoară volumul zonei descrise? Care sunt rezultatele posibile permite atât teoria cuantică iey și invarianta diffeomorphic? În cazul în care geometria spațiului este continuă, atunci zona candidat poate fi de orice dimensiune, iar volumul său poate fi exprimat în orice număr real pozitiv, în special, în mod arbitrar aproape de zero. Dar dacă granulirovana geometrie, rezultatele măsurătorilor nu poate fi decât un set discret de numere și nu poate fi mai mică decât o valoare minimă posibilă. Să ne amintim ce energia pe care o poate avea un electron care orbitează un nucleu atomic? În cadrul fizicii clasice - orice, dar mecanica cuantică permite numai anumite valori discrete strict fixe de energie și. Diferența este aceeași ca între măsurarea volumului de lichid care formează curentul continuu (din punctul de vedere al oamenilor de știință XVIII din.), Și determinarea cantității de apă care atomii pot fi numărate.
Conform teor ii bucla cuantică gravitațională, spațiu ca și atomii: număr obținut prin măsurarea volumului, formează un set discret, adică modificări de volum în porții individuale. O altă valoare care poate fi măsurată - în zona de limita, care, de asemenea, se dovedește a fi discret. Cu alte cuvinte, spațiul este continuu și este formată din unități cuantice zonă definită și volumul.
Valori posibile ale volumului și suprafața sunt măsurate în unități derivate din lungimea Planck, care este legată de forța de gravitație, mărimea și viteza luminii cuante. Lungimea Planck este foarte mic: 10 -33 cm; determină scara la care geometria spațiului nu poate fi considerat continuu. Cea mai mică zonă posibil, diferit de zero, este aproximativ egală cu pătratul lungimii Planck, sau 10 -66 cm 2. Cea mai mică posibil, cantitate nenulă, - lungimea cubică Planck sau 10 -99 cm 3. Astfel, conform teoriei lui AI în fiecare centimetru cub spațiu 99 conține aproximativ 10 atomi de volum. Volumul Quant este atât de mică încât într-un centimetru cub de fotoni mai mare de centimetri cubi univers vizibil (10, 85).
Predicție și verificare
stări cuantice de volum și zona
