Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Taking the Loop: Introducing Another Road to Quantum Gravity

Овладевание петлей: знакомство с еще одним путем к квантовой гравитации

Петлевая квантовая гравитация является самым большим соперником теории струн.

Она испытывает меньше давление, чем теория струн, отчасти потому, что у нее по существу более ограниченная цель: теория квантовой гравитации.

Петлевая квантовая гравитация выполняет эту искусность, пытаясь квантовать само пространство — другими словами, обращается с пространством будто бы оно представлено маленькими кусочками.

В отличие от этого, теория струн начинается с методик физики элементарных частиц и зачастую надеяться предоставить не только метод создания квантовой теории гравитации, но также объяснить всю физику частиц, одновременно объединяя гравитацию с другими силами.

Да, и еще она предсказывает дополнительные измерения, что очень круто!

Так что не удивительно, что петлевая квантовая гравитация испытывает не такое давление.

Большие дебаты вокруг основы

Ключевым моментом квантовой физики является то, что некоторые величины в природе представлены множеством дискретных порций, называемых квантами.

Этот принцип был успешно применен ко всей физике, за исключением гравитации.

Это и является мотивацией для поиска квантовой гравитации.

С другой стороны, ключевым моментом общей теории относительности является то, что пространство - время динамическая сущность, а не стационарная структура.

Теория струн является зависимой от своей основы (построена на стационарной структуре; смотрите главу 17 для более подробной информации), так что она на текущий момент не объясняет динамическую природу пространства-времени, самое сердце относительности.

Согласно исследованию LQG (петлевой квантовой гравитации), теория квантовой гравитации должна быть независима от основы, теория, которая объясняет пространство и время вместо того, чтобы быть включенной в уже существующую стадию пространства-времени.

Нет основозависимой теории, из которой когда-либо может быть выведена общая теория относительности как приближение малой энергии.

Петлевая квантовая гравитация пытается достигнуть этой цели глядя на гладкую ткань пространства-время в общей теории относительности и рассматривая вопрос о том, подобно обычной ткани, могла ли бы она быть сделана из более мелких волокон сотканных вместе.

Связи между этими квантами пространства-времени могут дать основонезависимый способ рассмотрения гравитации в квантовом мире.

И все же, что образовывает петли?

Ключевым моментом петлевой квантовой гравитации является то, что вы можете описать пространство в виде поля; вместо набора точек, пространство это набор линий.

Петля, в петлевой квантовой гравитации, имеет отношение к тому, как вы рассматриваете эти линии поля (которые, конечно, не обязаны быть прямыми), они могу замыкаться вокруг или через друг друга, создавая спиновую сеть.

Анализируя эту сеть пространственных узлов, вы можете предположительно извлечь результаты, которые эквивалентны известным законам физики.

Петлевая квантовая гравитация берет свое начало в 1986, когда Абэй Аштекар переписал общую теорию относительности как ряд линий поля вместо сетки точек.

Результат оказался не только проще, чем ранний подход, но и похожим на калибровочную инвариантность.

Хотя есть одна проблема: калибровочные инвариантности являются основозависимыми теориями (они вставлены в стационарную структуру пространства-время), но это не помеха, потому что линии поля сами по себе представляют геометрию пространства.

Вы не можете включить теорию в пространство, если пространство уже часть теории!

Для того, чтобы продолжить, физики, работающие в этой области, должны были взглянуть на квантовую теорию поля совершенно иным способом, чтобы она приблизилась к основонезависимой конфигурации.

Большая часть работы была проведена Аштекаром, Ли Смолиным, Тедом Якобсоном и Карло Ровелли и кого справедливо можно рассматривать как отцов петлевой квантовой гравитации.

Сразу как разработали петлевую квантовую гравитацию, стало ясно, что теория представляла сеть соединенных квантовых пространственных узлов, часто называемую "атомами" пространства.

Неудача предыдущих попыток вывести квантовую теорию гравитацию была в том, что с пространством-время обращались как с непрерывным вместо квантования.

Эволюция этих соединений это то, что обеспечивает динамическую структуру пространства (хотя это все еще должно быть подтверждено, что петлевая квантовая гравитация на самом деле приводит к тем же самым предсказаниям, что были даны теорией относительности).

Каждый атом пространства может быть изображен в виде точки (называемой узлом) на конкретном типе сетки.

Сетка из всех этих узлов, и соединений между ними, называется спиновой сетью.

(Спиновые сети были изначально разработаны Оксфордским физиком Роджером Пенроузом в 1970х.

) Граф вокруг каждого узла может изменятся локально все время, что и показано на рисунке 18-1 (который показывает начальное состояние [a] и новое состояние в которое оно изменилось [b]).

Идея в том, что полная сумма этих изменений будет в конечном итоге совпадать с предсказаниями спокойного пространства-время теории относительности на больших масштабах.

(Эта последняя часть, главная, которая должна еще быть подтверждена.)

Рисунок 18-1: Спиновая сеть развивается все время посредством локальных изменений.

Теперь, когда вы видите эти линии и представляете себе в трех измерениях, линии существуют внутри пространства — но лучше об этом не думать.

В LQG, спиновая сеть со всеми этими узлами и линиями сетки, вся спиновая сеть, на самом деле и есть само пространство.

Специфическая конфигурация спиновой сети это геометрия пространства.

Анализ этой сети квантовых единиц пространства могут привести к большему, чем физики ожидали, потому что последние исследования показали, что частицы стандартной модели могут быть скрыты в теории.

Эта работа в основном была разработана Фотини Маркополо и Сандэнсом О.

Билсон-Томпсоном.

В модели Билсон-Томпсона, петли могут заплетаться вместе так, что могли бы создавать частицы, как и показано на рисунке 18-2.

(Эти результаты остаются полностью теоретическими, и еще предстоит увидеть, как их впихнут в более широкую структуру LQG которая разрабатывается, если конечно они вообще имеют какой либо физический смысл.

Рисунок 18-2: Вплетения в ткани пространства могут объяснять известные частицы из физики.

Электронное нейтрино

Электронное анти-нейтрино

Позитрон

Электрон

Нижний кварк

Верхний кварк

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145454

Переводчики: Swarlz