Gravitația cuantică în buclă este una dintre teoriile gravitației cuantice bazate pe conceptul de spațiu-timp discret [1] [2] și ipoteza unidimensionalității excitațiilor fizice ale spațiului-timp pe scara Planck [3] . Face posibilă ipoteza cosmologică a unui Univers pulsatoriu [4] .
Fondatorii „teoriei cuantice bucle a gravitației” în anii 1980 sunt Lee Smolin , Abay Ashtekar , Ted Jacobson și Carlo Rovelli . Conform acestei teorii, spațiul și timpul sunt compuse din părți discrete . Aceste celule cuantice mici ale spațiului sunt conectate între ele într-un anumit fel, astfel încât la scară mică de timp și lungime creează o structură pestriță, discretă a spațiului, iar la scară mare se transformă fără probleme într-un spațiu-timp continuu neted .
Unul dintre avantajele teoriei cuantice bucle a gravitației este naturalețea cu care modelul standard al fizicii particulelor elementare își obține explicația în el .
În articolul său din 2005 [5] , S. Bilson-Thompson ( Sundance Bilson-Thompson ) a propus un model (aparent bazat pe teoria mai generală a creierului (împletituri matematice) de M. Khovanov [6] [7] ) în care rishons Harari au fost transformate în obiecte lungi , asemănătoare unei panglici, numite panglici . Potenţial, acest lucru ar putea explica motivele auto-organizării subcomponentelor particulelor elementare, ducând la apariţia unei încărcături de culoare , în timp ce în modelul preon (rishon) anterior, elementele de bază erau particule punctiforme, iar sarcina de culoare a fost postulată. . Bilson-Thompson își numește panglicile extinse „geloni”, iar modelul - gelon. Acest model duce la o înțelegere a sarcinii electrice ca o entitate topologică care apare atunci când panglicile sunt răsucite.
Într-o a doua lucrare publicată de Bilson-Thompson în 2006, împreună cu F. Markopolou ( Fotini Markopolou ) și L. Smolin ( Lee Smolin ), s-a sugerat că pentru orice teorie a gravitației cuantice aparținând clasei de bucle în care spațiul- timpul este cuantificat, stările excitate ale spațiu-timpului însuși pot juca rolul preonilor, ducând la apariția modelului standard ca o proprietate emergentă a teoriei gravitației cuantice [8] .
Astfel, Bilson-Thompson și colab. au sugerat că teoria gravitației cuantice în buclă ar putea reproduce modelul standard unificând automat toate cele patru forțe fundamentale . În același timp, cu ajutorul preonilor, prezentați sub formă de brad (țesături de spațiu-timp fibros), a fost posibilă construirea unui model de succes al primei generații de fermioni fundamentali ( quarci și leptoni ) cu mai mult sau mai puțin. reproducerea corectă a taxelor și parităților lor [8] .
Lucrarea originală Bilson-Thompson a sugerat că fermionii fundamentali de a doua și a treia generație ar putea fi reprezentați ca creiere mai complexe și că fermionii din prima generație erau creierele cele mai simple posibile, deși nu au fost date reprezentări specifice ale creierelor complexe. Se crede că sarcinile electrice și de culoare, precum și paritatea particulelor aparținând generațiilor de rang superior, ar trebui obținute exact în același mod ca și pentru particulele din prima generație. Utilizarea metodelor de calcul cuantic a făcut posibil să se arate că astfel de particule sunt stabile și nu se degradează sub influența fluctuațiilor cuantice [9] .
Structurile tip panglică în modelul Bilson-Thompson sunt reprezentate ca entități care constau din aceeași materie ca spațiul-timp însuși [9] . Deși articolele Bilson-Thompson arată cum pot fi obținuți fermionii și bosonii din aceste structuri , întrebarea cum ar putea fi obținut bosonul Higgs folosind branding nu este discutată în ele.
L. Freidel ( L. Freidel ), J. Kowalski-Glikman ( J. Kowalski-Glikman ) și A. Starodubtsev în articolul lor din 2006 au sugerat că particulele elementare pot fi reprezentate folosind liniile Wilson ale câmpului gravitațional, implicând că proprietățile de particule (masele lor, energiile și spinurile) pot corespunde proprietăților buclelor Wilson - obiectele de bază ale teoriei gravitației cuantice bucle. Această lucrare poate fi considerată ca suport teoretic suplimentar pentru modelul preon Bilson-Thompson [10] .
Folosind formalismul modelului de spumă de spin , care este direct legat de teoria gravitației cuantice în buclă și bazat doar pe principiile inițiale ale acestuia din urmă, se pot reproduce și alte particule ale modelului standard, cum ar fi fotonii , gluonii . 11] și gravitonii [12] [13] - indiferent de schema Bilson-Thompson brad pentru fermioni. Cu toate acestea, din 2006, acest formalism nu a fost încă capabil să construiască modele gelon. Nu există creier în modelul gelon care ar putea fi folosit pentru a construi bosonul Higgs, dar în principiu acest model nu neagă posibilitatea existenței acestui boson sub forma unui fel de sistem compozit. Bilson-Thompson notează că, deoarece particulele cu mase mai mari au în general o structură internă mai complexă (ținând cont și de răsucirea bradurilor), această structură poate fi legată de mecanismul de formare a masei. De exemplu, în modelul Bilson-Thompson, structura unui foton cu masă zero corespunde bradurilor nerăsucite. Cu toate acestea, nu este încă clar dacă modelul fotonic obținut în cadrul formalismului spumei spin [11] corespunde fotonului Bilson-Thompson, care în modelul său constă din trei panglici nerăsucite [8] (este posibil ca în cadrul a formalismului spin spuma se pot construi mai multe variante ale modelului fotonic).
Inițial, conceptul de „preon” a fost folosit pentru a desemna subparticulele punctuale incluse în structura fermionilor cu semi-spin (leptoni și quarci). După cum sa menționat deja, utilizarea particulelor punctiforme duce la un paradox al masei. În modelul Bilson-Thompson, panglicile nu sunt structuri punctuale „clasice”. Bilson-Thompson folosește termenul „preon” pentru a păstra continuitatea în terminologie, dar desemnează cu acest termen o clasă mai largă de obiecte care sunt componente ale structurii quarcilor, leptonilor și bosonilor gauge.
Important pentru înțelegerea abordării Bilson-Thompson este că în modelul său preon particulele elementare, cum ar fi electronul , sunt descrise în termeni de funcții de undă. Suma stărilor cuantice ale spumei spin având faze coerente este descrisă și în termeni de funcție de undă. Prin urmare, este posibil ca cu ajutorul formalismului spumei spin să se poată obține funcții de undă corespunzătoare particulelor elementare (fotoni și electroni). În prezent, unificarea teoriei particulelor elementare cu teoria gravitației cuantice bucle este un domeniu foarte activ de cercetare [14] .
În octombrie 2006, Bilson-Thompson și-a modificat lucrarea [15] observând că, deși modelul său a fost inspirat de modele preon, nu este strict preon, așa că diagramele topologice din modelul său preon pot fi folosite cel mai probabil și în alte teorii fundamentale precum ca, de exemplu, teoria M. Restricțiile teoretice impuse modelelor preon nu sunt aplicabile modelului său, deoarece în el proprietățile particulelor elementare provin nu din proprietățile subparticulelor, ci din legăturile acestor subparticule între ele (brads). Una dintre posibilități este, de exemplu, „încorporarea” preonilor în teoria M sau în teoria gravitației cuantice în buclă.
Sabine Hossenfelder a propus ca doi concurenți alternativi pentru o „teorie a totul” - teoria corzilor și gravitația cuantică în buclă - să fie considerate fețe ale aceleiași monede. Pentru ca gravitația cuantică în buclă să nu contrazică teoria relativității speciale, este necesar să se introducă în ea interacțiuni similare cu cele considerate în teoria corzilor. [16] .
Într-o versiune modificată a lucrării sale, Bilson-Thompson recunoaște că problemele nerezolvate în modelul său rămân spectrul de masă al particulelor , spinurile , amestecarea Cabibbo și necesitatea de a lega modelul său de teorii mai fundamentale.
Într-o versiune ulterioară a articolului [17] , dinamica bradurilor este descrisă folosind tranzițiile lui Pachner (în engleză Pachner moves ).
| Teorii ale gravitației | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||