Kvantetyngdekraften

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 5. juli 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Kvantetyngdekraften  er en forskningslinje inden for teoretisk fysik , hvis formål er en kvantebeskrivelse af tyngdekraftens vekselvirkning (og, hvis det lykkes, foreningen af ​​tyngdekraften med de tre andre fundamentale vekselvirkninger beskrevet af Standardmodellen , det vil sige konstruktionen af den såkaldte " teori om alting ").

Oprettelsesproblemer

Trods aktiv forskning er teorien om kvantetyngdekraft endnu ikke bygget. Den største vanskelighed i dens konstruktion ligger i, at de to fysiske teorier, som den forsøger at binde sammen - kvantemekanik og generel relativitetsteori (GR) - er afhængig af forskellige sæt principper. Kvantemekanikken er således formuleret som en teori, der beskriver den tidsmæssige udvikling af fysiske systemer (for eksempel atomer eller elementarpartikler) på baggrund af ydre rum-tid . I generel relativitet er der ingen ydre rumtid - det er i sig selv en dynamisk variabel i teorien, afhængigt af karakteristikaene af de klassiske systemer, der er placeret i den.

I overgangen til kvantetyngdekraft er det i det mindste nødvendigt at erstatte systemerne med kvante (det vil sige at udføre kvantisering ), mens højre side af Einstein-ligningerne - stofenergi-momentum-tensoren - bliver en kvanteoperator ( tensorenergi-momenttætheden af ​​elementarpartikler). Den resulterende forbindelse kræver en form for kvantisering af selve rumtidens geometri, og den fysiske betydning af en sådan kvantisering er absolut uklar, og der er ikke noget vellykket konsekvent forsøg på at udføre den [1] [2] . For kvantisering af rum-tidsgeometrien, se også artiklen Planck længde .

Selv et forsøg på at kvantisere en lineariseret klassisk gravitationsteori (GR) støder på adskillige tekniske vanskeligheder - kvantetyngdekraften viser sig at være en ikke- renormaliserbar teori på grund af det faktum, at gravitationskonstanten er en dimensionel størrelse [3] [4] . I enhedssystemet er gravitationskonstanten nemlig en dimensionskonstant med dimensionen af ​​det omvendte kvadrat af massen, ligesom Fermi-konstanten for vekselvirkningen af ​​svage strømme er, hvor  er protonens masse [5] .

Situationen forværres af det faktum, at direkte eksperimenter inden for kvantetyngdekraften på grund af svagheden af ​​selve gravitationsinteraktionerne stadig er utilgængelige for moderne teknologier. [6] I denne henseende har man i søgen efter den korrekte formulering af kvantetyngdekraft indtil videre kun at stole på teoretiske beregninger.

Der gøres forsøg på at kvantificere tyngdekraften ud fra den geometrodynamiske tilgang og på basis af metoden for funktionelle integraler [7] .

Andre tilgange til problemet med kvantisering af tyngdekraften er taget i teorierne om supergravitation og diskret rum-tid [5] .

Lovende kandidater

De to hovedstrenge, der forsøger at konstruere kvantetyngdekraften, er strengteori og sløjfekvantetyngdekraft .

I den første af dem, i stedet for partikler og baggrundsrum-tid , optræder strenge og deres multidimensionelle modstykker, braner . For højdimensionelle problemer er braner højdimensionelle partikler, men set ud fra det synspunkt af partikler, der bevæger sig inde i disse braner, er de rum- tidsstrukturer.

I den anden tilgang forsøger man at formulere en kvantefeltteori uden reference til rum-tidsbaggrunden; rum og tid består ifølge denne teori af diskrete dele. Disse små kvanteceller i rummet er forbundet med hinanden på en bestemt måde, så de på små skalaer af tid og længde skaber en farverig, diskret struktur af rummet, og på store skalaer bliver de jævnt til en kontinuerlig jævn rumtid. Mens mange kosmologiske modeller kun kan beskrive universets opførsel fra Planck-tiden efter Big Bang , kan loop-kvantetyngdekraften beskrive selve eksplosionsprocessen og endda se ud over. Løkkekvantetyngdekraften kan tillade os at beskrive alle partiklerne i standardmodellen .

Hovedproblemet her er valget af koordinater. Det er muligt at formulere den generelle relativitetsteori i en ikke-koordineret form (for eksempel ved hjælp af eksterne former), men beregningerne af Riemann-tensoren udføres kun i en specifik metrik.

En anden lovende teori er kausal dynamisk triangulering . I den er rum- tidsmanifolden bygget af elementære euklidiske simplicer ( trekant , tetraeder , pentachore ), under hensyntagen til kausalitetsprincippet . Firedimensionalitet og pseudo-euklidisk rumtid på makroskopisk skala er ikke postuleret i det, men er en konsekvens af teorien.

Andre tilgange

Der er utallige tilgange til kvantetyngdekraften. Fremgangsmåder er forskellige afhængigt af de karakteristika, der forbliver uændrede, og dem, der ændrer sig [8] [9] . Eksempler omfatter:

• Akustisk metrisk og andre analoge tyngdekraftsmodeller
• Asymptomatisk sikkerhed
• Kausal dynamisk triangulering [10]
• Årsagssæt [11]
• Gruppefeltteori (se Approaches to Quantum Gravity. Toward a New Understanding of Space, Time and Matter [12] og referencer deri)
• MacDowell-Mansouri action
• Ikke-kommutativ geometri
• Path Integral Model Quantum Cosmology [13]
• Regge regning
• Integral metode [14]
• String Fluid Network (hvilket resulterer i gapless helicitet på ±2 excitationer uden andre gapless excitationer [15] )
• Superfluid vakuum eller BEC vakuum teori
• supergravitation
• Twistor-modeller (se kapitel 33 i R. Penroses bog "The Way to Reality, or the Laws Governing the Universe. A Complete Guide" [16] og referencerne givet der)
• Digital fysik [17]
• Jakiva-Teitelboim Gravity

Eksperimentel verifikation

De første eksperimenter udføres for at afsløre tyngdekraftens kvanteegenskaber ved at studere gravitationsfeltet for meget små massive legemer, som kan overføres til kvantesuperpositionstilstanden [18]

Se også

• Teori om alt
• Strengteori
• M-teori
• Sløjfe kvantetyngdekraft
• Kvantefeltteori i buet rumtid
• Uløste problemer i moderne fysik

Noter

1. ↑ Yukawa H. Forelæsninger om fysik. - M., Energoizdat, 1981. - s. 78-81
2. ↑ Desuden tillader den naive "gittertilgang" til rum-tid kvantisering, som det viser sig, ikke den korrekte passage til grænsen i teorien om målefelter, når gittertrinet har en tendens til nul, hvilket blev bemærket i 1960'erne. Bryce DeWitt og er nu bredt taget i betragtning, når der udføres gitterberegninger i kvantekromodynamik .
3. ↑ Frolov V.P. Kvanteteori om tyngdekraft (baseret på materialer fra II International Seminar on the Quantum Theory of Gravity, Moskva, 13.-15. oktober 1981) Arkivkopi dateret 13. september 2013 på Wayback Machine , UFN , 1982, vol. 138, s. 151.
4. ↑ Weinberg S. Gravity and Cosmology - M.: Mir , 1975. - S. 307.
5. ↑ 1 2 Khlopov Yu. M. Gravitationsinteraktion // Physical Encyclopedic Dictionary. - udg. A. M. Prokhorova  - M., Great Russian Encyclopedia, 2003. - ISBN 5-85270-306-0 . – Oplag 10.000 eksemplarer. - Med. 137
6. ↑

   Og hvis vi ønskede at gå videre til "Planck-energien" GeV (på dette tidspunkt bliver kvantegravitationseffekter betydelige), så skulle vi bygge en accelerator, hvis ring ville have en længde på omkring 10 lysår.

   Sisakyan A.N. Udvalgte forelæsninger om partikelfysik. - Dubna, JINR, 2004. - s. 95
7. ↑ Ivanenko D. D. , Sardanishvili G. A.  . Tyngdekraft. — M. : Redaktionel URSS, 2004. — 200 s. - 1280 eksemplarer.  — ISBN 5-354-00538-8 .
8. ↑ Isham, Christopher J.Canonical Gravity: From Classical to Quantum  (neopr.) / Ehlers, Jürgen; Friedrich, Helmut. - Springer, 1994. - ISBN 3-540-58339-4 .
9. ↑ Sorkin, Rafael D.Forks in the Road, on the Way to Quantum Gravity  (neopr.)  // International Journal of Theoretical Physics. - 1997. - T. 36 , nr. 12 . - S. 2759-2781 . - doi : 10.1007/BF02435709 . - . - arXiv : gr-qc/9706002 .
10. ↑ Loll, Renate. Diskrete tilgange til kvantetyngdekraft i fire dimensioner  // Living Reviews in Relativity  : journal  . - 1998. - Bd. 1 . — S. 13 . - . - arXiv : gr-qc/9805049 .
11. ↑ Sorkin, Rafael D.Forelæsninger om  kvantetyngdekraft (neopr.) / Gomberoff, Andres; Marolf, Donald. - Springer, 2005. - ISBN 0-387-23995-2 .
12. ↑ Oriti, 2009 .
13. ↑ Stephen Hawking . 300 års gravitation  (neopr.) / Hawking, Stephen W.; Israel, Werner. - Cambridge University Press , 1987. - S. 631-651. - ISBN 0-521-37976-8 . .
14. ↑ Klimets AP, Philosophy Documentation Center, Western University-Canada, 2017, s.25-32 . Hentet 25. juni 2021. Arkiveret fra originalen 1. juli 2019. (ubestemt)
15. ↑ Levin M., Wen Xiao-Gang . . Detektering af topologisk orden i en grundtilstandsbølgefunktion // Physical Review Letters , 2006, 96 (11).  - S. 110405. - doi : 10.1103/PhysRevLett.96.110405 .
16. ↑ Penrose, 2007 .
17. ↑ Clara Moskowitz Tangled in Spacetime Arkiveret 7. juli 2017 på Wayback Machine // In the World of Science . - 2017. - Nr. 5-6. - S. 118-125.
18. ↑ Tim Folger. Kvantetyngdekraft i laboratoriet // I videnskabens verden . - 2019. - Nr. 5-6 . - S. 100-109 .

Litteratur

• Gorelik G. E. Matvey Bronshtein og kvantetyngdekraften. Til 70-året for det uløste problem. Arkiveret 17. juni 2012 på Wayback Machine // Uspekhi fizicheskikh nauk , bind 175, nr. 10 (oktober 2005).
• Penrose  R. Vejen til virkeligheden, eller de love, der styrer universet. Den komplette guide = Vejen til virkeligheden: En komplet guide til universets love / Pr. fra engelsk. A. R. Logunov, E. M. Epshtein. - M. -Izhevsk: IKI , Forskningscenter "Regular and Chaotic Dynamics", 2007. - 912 s. - ISBN 978-5-93972-618-4 .
• Tilnærmelser til kvantetyngdekraften. Mod en ny forståelse af rum, tid og stof / Red. af D. Oriti. - Cambridge: Cambridge University Press , 2009. - xix + 583 s. — ISBN 978-0-521-86045-1 .

Links

• Quantum Gravity Archival kopi af 6. maj 2013 på Wayback Machine // Foredrag af D. I. Kazakov i PostNauka- projektet (13/11/2012)
• Paul Shellard et al. Quantum Gravity ( Quantum Gravity Arkiveret 2012-02-10 ). // Per. fra engelsk. V. G. Misovets. Link tilgået 08:45 23. november 2007 (UTC).
• Smolin, Lee . Trouble in Physics: The Rise of String Theory, the Decline of Science, and Beyond Arkiveret 1. februar 2014 på Wayback Machine
• Merali, Zeeya. Adskillelse af tid og rum. Ny kvanteteori afviser Einsteins rumtid Arkiveret 3. juli 2011 på Wayback Machine // Scientific American. (december 2009).

Afsnit af kvantefysik
Kvantemekanik kvantefeltteori kvanteoptik kvanteelektrodynamik kvantekromodynamik kvantetyngdekraften

Teorier om tyngdekraft

Standardteorier om tyngdekraft Alternative teorier om tyngdekraft Kvanteteorier om tyngdekraft Forenede feltteorier klassisk fysik Newtons teori om tyngdekraften Relativistisk fysik Generel relativitetsteori Matematisk formulering Hamiltonsk formulering Principper Princippet om ækvivalens af tyngdekræfter og inerti Mach-princippet Geometrodynamik Klassisk Le Sages teori om tyngdekraften Ændret Newtonsk dynamik Relativistisk Relativistisk tyngdekraftsteori Gauge teori om tyngdekraft Tyngdekraft med massiv tyngdekraft teleparallelisme Nordströms teori Brans-Dicke teori Bimetriske teorier om tyngdekraft Asymmetriske teorier om tyngdekraft Whiteheads teori om tyngdekraften Einstein-Cartan teori Tetrad teori om tyngdekraft Kanonisk kvantetyngdekraft Sløjfe kvantetyngdekraft Semiklassisk tyngdekraft Kausal dynamisk triangulering Euklidisk kvantetyngdekraft Wheeler induceret tyngdekraft Ikke-kommutativ geometri Multidimensionel Generel relativitetsteori i multidimensionelt rum Kaluza-Klein teori supergravitation Strenge Strengteori Bosonisk strengteori superstrengteori M-teori Andet Den usædvanligt enkle teori om alting

Fysik ud over standardmodellen
Beviser	Problemet med målerhierarki Mørkt stof mørk energi Problemet med den kosmologiske konstant Stærkt CP problem Neutrinoscillationer
teorier	Technicolor Femte kraft Kaluza-Klein teori Store forenede teorier Teori om alt Strengteori
supersymmetri	MSSM superstrengteori supergravitation
kvantetyngdekraften	Strengteori Sløjfe kvantetyngdekraft Kausal dynamisk triangulering Kanonisk kvantetyngdekraft
Eksperimenter	ANNIE Sasso INO TANK SNO Super-K Tevatron Muon g- NOvA