Петлевая квантовая гравитация – что это такое? Именно этот вопрос мы рассмотрим в данной статье. Для начала определим ее характеристику и фактические сведения, а далее ознакомимся с ее оппонентом - теорией струн, которую мы рассмотрим в общем виде для осмысления и взаимосвязи с петлевой квантовой гравитацией.
Введение
Одной из теорий, описывающих квантовую гравитацию, является набор данных о петлевой гравитации на квантовом уровне организации Вселенной. Данные теории основываются на концепции дискретности, как времени, так и пространства в масштабах Планка. Позволяет реализоваться гипотезе пульсирующей Вселенной.
Ли Смолин, Т. Джекобсон, К. Ровелли, и А. Аштекар являются основателями теории петлевой квантовой гравитации. Начало ее формирования приходится на 80-е гг. ХХ века. В соответствии с утверждениями данной теории, «ресурсы» – время и пространство – это системы из дискретных фрагментов. Они описываются как ячейки размером с кванты, которые скрепляются между собой особым способом. Однако, доходя до больших размеров, мы наблюдаем сглаживание пространства-времени, и оно нам кажется непрерывным.
Петлевая гравитация и частички мироздания
Одной из самых ярких «особенностей» теории петлевой квантовой гравитации является ее естественная способность решения некоторых проблем физики. Она позволяет объяснять немало вопросов, связанных со стандартной моделью физики элементарных частичек.
В 2005 году вышла статья С. Бильсона-Томпсона, который предлагал в ней модель с трансформированным ришоном Харари, который принял вид протяженного ленточного объекта. Последний называют риббоном. Оценивающийся потенциал говорит о том, что она могла бы объяснить причину самостоятельной организации всех субкомпонентов. Ведь именно это явление вызывает цветовой заряд. Предыдущая преонная модель для себя считала базовым элементом точечные частицы. Заряд цвета поддавался постулированию. Эта модель позволяет описывать электрические заряды как топологическую сущность, что способна возникнуть в случае перекручивания риббонов.
Вторая статья этих соавторов, выпущенная в 2006 г., является трудом, в котором также принимали участие Л. Смолин и Ф. Маркополу. Ученые выдвинули предположение о том, что все теории квантовой петлевой гравитации, входящие в класс петлевых, утверждают: в них пространство и время – это возбужденные квантованием состояния. Эти состояния могут выполнять роли преонов, которые приводят к появлению известной стандартной модели. Ею в свою очередь обуславливается эмергентность свойств теории.
Четверо ученых также выдвинули предположение о том, что теория квантовой петлевой гравитации способна воспроизводить Стандартную модель. Она автоматическим способом взаимно связывает четыре фундаментальные силы. В таком виде, под понятием «брэд» (переплетенное волокнистое пространство-время), здесь подразумевается понятие преонов. Именно брэды дают возможность воссоздать верную модель из представителей «первого поколения» частиц, что основана на фермионах (кварках и лептонах) с преимущественно правильными способами воссоздания заряда и четности собственно самих фермионов.
Бильсон-Томпсон предполагал, что фермионы из фундаментального «ряда» 2-го и 3-го поколений могут представляться в виде тех же брэдов, но с более сложной структурой. Фермионы 1-го поколения здесь представлены простейшими брэдами. Однако здесь важно знать, что конкретные представления о сложности их устройства еще не выдвигались. Полагается, что заряды цветового и электрического типов, а также «статус» четности частичек у первого поколения, формируются точно таким же образом, как и у других. После того, как эти частицы были открыты, было совершено множество опытов по созданию воздействий квантовыми флуктуациями на них. Конечные результаты экспериментов показали, что эти частички являются устойчивыми и не распадаются.
Ленточная структура
Так как здесь мы рассматриваем информацию о теориях без использования расчетов, то можно сказать, что это петлевая квантовая гравитация «для чайников». И она не может обойтись без описания ленточных структур.
Сущности, в которых материя представлена тем же «веществом», что и пространство-время, являются общим описательным представлением модели, которую нам представили Бильсон-Томпсон. Эти сущности являются ленточными структурами данной описательной характеристики. Эта модель показывает нам, как происходит получение фермионов и как образуются бозоны. Однако она не дает ответа на вопрос о том, каким образом можно получить бозон Хигса с применением брэндинга.
Л. Фрейделем, Дж. Ковальским-Гликманом и А. Стародубцевым в 2006 году в одной статье было высказано предположение о том, что линиями Вильсона гравитационных полей можно описывать элементарные частички. Это подразумевает, что свойства, которыми обладают частички, способны соответствовать качественным параметрам петель Вильсона. Последние в свою очередь являются базовым объектом петлевой квантовой гравитации. Еще эти исследования и расчеты рассматривается в качестве дополнительной базы для теоретической поддержки, описывающей модели Бильсона-Томпсона.
Использование формализма модели спиновой пены, обладающей непосредственным отношением к теории, изучаемой и анализируемой в этой статье (Т.П.К.Г.), а также базирование на исходном ряде принципов этой теории квантовой петлевой гравитации, дает возможность воспроизводить некоторые частички Стандартной модели, которые не могли получить ранее. Это были фотонные частицы, также глюоны и гравитоны.
Существует также модель гелонов, в которой брэды не рассматривают ввиду их отсутствия как таковых. Но сама модель не дает точной возможности отрицать их существование. Ее преимущество заключается в том, что мы можем описывать бозон Хиггса как некую композитную систему. Это объясняется наличием у частиц с большим значением массы более сложных внутренних структур. Учитывая перекручивание брэдов, мы вправе предположить, что данная структура может относиться к механизму создания массы. Например, вид модели Бильсона-Томпсона, описывающий фотон как частицу с нулевой массой, соответствует состоянию брэда в не перекрученном состоянии.
Понимание подхода Бильсона-Томпсона
На лекциях по квантовой петлевой гравитации при описании лучшего подхода к пониманию модели Бильсона-Томпсона упоминают, что это описание преонной модели элементарных частиц позволяет охарактеризовать электроны как функции волновой природы. Дело в том, что общее количество квантовых состояний, которыми обладают спиновые пены с когерентными фазами, также может быть описано с использованием терминов волновой функции. В настоящее время происходят активные работы, направленные на объединение теории элементарных частичек и Т.П.К.Г.
Среди книг по петлевой квантовой гравитации найти множество информации можно, например, в трудах О. Фейрина о парадоксах квантового мира. Среди других работ стоит уделить внимание статьям Ли Смолина.
Проблематика
Статья в модифицированной версии от Бильсона-Томпсона признает, что спектр массы частиц является нерешенной проблемой, которую его модель описать не может. Также она не решает вопросы, связанные со спинами, смешиванием Кабиббо. Она требует привязки к более фундаментальной теории. Более поздние варианты статьи прибегают к описанию динамики брэдов при помощи перехода Пачнера.
В мире физики происходит постоянное противоборство: теория струн vs теория петлевой квантовой гравитации. Это два фундаментальных труда, над которыми работали и работают множество известных ученых всего мира.
Теория струн
Говоря о теории квантовой петлевой гравитации и теории струн, важно понимать, что это два абсолютно разных способа осознания устройства материи и энергии во Вселенной.
Теория струн – это «путь эволюции» физической науки, который старается изучить динамику взаимных действий не между точечными частицами, а квантовыми струнами. Материал теории сочетает в себе идею механики квантового мира и теорию относительности. Это, вероятно, поможет человеку построить будущую теорию квантовой гравитации. Именно ввиду формы объекта изучения эта теория старается другим способом описать основы Вселенной.
В отличие от теории квантовой петлевой гравитации, теория струн и ее основы базируются на гипотетических данных, предполагающих, что любая элементарная частица и все ее взаимодействия фундаментального характера являются следствием колебаний квантовых струн. Эти «элементы» Вселенной обладают ультрамикроскопическими размерами и в масштабах порядка длинны Планка равны 10-35 м.
Данные этой теории являются математически осмысленными довольно точно, однако найти фактические подтверждения в области экспериментов она еще не смогла. Теория струн связана с мультивселенными, которые являются интерпретацией информации в бесконечном количестве миров с разным видом и формой развития абсолютно всего.
Основа
Петлевая квантовая гравитация или теория струн? Это довольно важный вопрос, который сложно, но нужно осмыслить. Особенно это важно для физиков. Чтобы лучше понять теорию струн, важно будет кое-что знать.
Теория струн могла бы нам представить описание перехода и всех особенностей каждой фундаментальной частицы, однако это возможно лишь в том случае, если бы мы также могли экстраполировать струны в низкоэнергетическую область физики. В подобном случае все эти частички принимали бы вид ограничений на спектр возбуждения в нелокальном одномерном объективе, которых безграничное множество. Характерной размерностью струн является крайне малое значение (порядка 10-33 м). Ввиду этого человек не способен наблюдать их в ходе экспериментов. Аналог данного явления – это струнное колебание музыкальных инструментов. Спектральные данные, которые "образуют" струну, возможными могут быть лишь для определенной частоты. С увеличением частоты растет и энергия (накопленная от колебаний). Если применить к этому утверждению формулу E = mc2, то можно создать описание материи, из которой состоит Вселенная. Теория постулирует, что размеры массы частицы, которые проявляют себя в виде колеблющейся струны, наблюдаются в реальном мире.
Струнная физика оставляет открытым вопрос о размерностях пространства-времени. Отсутствие дополнительных пространственных измерений в макроскопическом мире объясняется двумя путями:
- Компактификацией измерений, которые скручиваются до размеров, в которых они будут соответствовать порядку планковской длины;
- Локализацией всего количества частиц, которые образуют многомерную Вселенную на четырехмерном «листе Мира», который описывают как мультивселенную.
Квантование
В этой статье рассмотрено понятие теории петлевой квантовой гравитации для чайников. Данная тема является крайне сложной для осмысления на математическом уровне. Здесь же мы рассматриваем общее представление на основе описательного подхода. Причем по отношению к двум «противостоящим» теориям.
Чтобы осмыслить теорию струн лучше, также важно знать о существовании подхода первичного и вторичного квантования.
Вторичное квантование основывается на понятиях струнного поля, а именно на функционале для пространства петель, что похоже на квантовую теорию поля. Формализмы первичного подхода посредством математических приемов создают описание движения пробных струн в их внешних полях. Это не сказывается отрицательным образом на взаимодействии между струнами, а также включает в себя явление распада и объединения струн. Первичный подход – это связующее звено между струнными теориями и утверждениями обычной теорией полей на мировой поверхности.
Суперсимметрия
Самым важным и обязательным, а также реалистичным «элементом» теории струн является суперсимметрия. Общий набор частичек и взаимодействия между ними, которые наблюдаются при относительно низких энергиях, способен воспроизвести структурную составную стандартной модели практически во всем виде. Множество свойств стандартной модели приобретает изящные объяснения в раках суперструнной теории, что также является важным аргументом для теории. Однако еще не существует принципов, которые могли бы объяснить то или иное ограничение струнных теорий. Эти постулаты должны позволять получать форму мира, подобную стандартной модели.
Свойства
Самыми важными свойствами струнной теории являются следующие:
- Принципы, обуславливающие устройство Вселенной – это гравитация и механика квантового мира. Они являются компонентами, которые нельзя разделять при создании общей теории. Теория струн реализует данное предположение.
- Исследования множества развитых концепций ХХ века, которые позволяют нам понимать фундаментальное устройство мира, всем множеством своих принципов работы и объяснения, объединяются и вытекают из теории струн.
- Теория струн не обладает свободными параметрами, которые необходимо подгонять для обеспечения согласия, как, например, это требуется в стандартной модели.
В заключение
Говоря простым языком, квантовая петлевая гравитация – это один из способов восприятия реальности, который старается описать фундаментальное устройство мира на уровне элементарных частиц. Она позволяет решать множество проблем физики, которые затрагивают вопросы организации материи, а также относится к одной из ведущих теорий во всем мире. Ее главным оппонентом является теория струн, что вполне логично, учитывая множество верных утверждений последней. Обе теории находят свое подтверждение в различных областях исследования элементарных частиц, а попытки объединить «квантовый мир» и гравитацию по сей день продолжаются.
