Gravitația cuantică în buclă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 3 februarie 2022; verificările necesită 2 modificări .

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] .

Origini

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 .

Gravitația buclei și fizica particulelor

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] .

Probleme de teorie

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 ).

Vezi și

Note

  1. Smolin L. Atomi de spațiu și timp // În lumea științei . - 2004. - Nr 4. - S. 18-25. — URL: http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/smolin_atomy/smolin_atomy.htm Arhivat 23 februarie 2009 la Wayback Machine
  2. Feigin, 2012 , p. 219.
  3. S. Yu. Aleksandrov Lorentz-covariant bucla gravitație cuantică // Teoretă . - 2004. - v. 139, nr. 3. - str. 363-380. - URL: https://dx.doi.org/10.4213/tmf62
  4. Bojowald M. În căutarea unui univers galopant // În lumea științei . - 2009. - Nr 1. - S. 18-25. — URL: http://sciam.ru/catalog/details/1-2009 Arhivat 18 octombrie 2016 la Wayback Machine
  5. arXiv.org 22 martie 2005 Sundance O. Bilson-Thompson Un model topologic de preoni compoziți Arhivat la 13 ianuarie 2022 la Wayback Machine
  6. Un invariant al încurcăturilor valorizat de functor Arhivat 17 septembrie 2019 la Wayback Machine es.arXiv.org
  7. An invariant of tangle cobordisms Arhivat 10 iulie 2019 la Wayback Machine es.arXiv.org
  8. 1 2 3 Gravitația cuantică și modelul standard Arhivat la 12 iulie 2015 pe Wayback Machine arXiv.org
  9. 1 2 Ești făcut din spațiu-timp Arhivat 13 mai 2008 la Wayback Machine New Scientist
  10. Particule ca linii Wilson ale câmpului gravitațional Arhivat 15 septembrie 2016 la Wayback Machine arXiv.org
  11. 1 2 Derivarea analitică a gluonilor duali și a monopolilor din teoria rețelei SU(2) Yang-Mills. II. Reprezentare Spin Foam Arhivat 25 septembrie 2017 la Wayback Machine arXiv.org
  12. Propagator de graviton în gravitație cuantică în buclă Arhivat 25 septembrie 2017 la Wayback Machine arXiv.org
  13. Spre gravitonul din spinfoams: corecții de ordin superior în modelul de jucărie 3d Arhivat 25 septembrie 2017 la Wayback Machine arXiv.org
  14. Fermioni în gravitația cuantică spinfoam tridimensională Arhivat 20 ianuarie 2022 la Wayback Machine arXiv.org
  15. Un model topologic de preoni compoziți Arhivat 12 iulie 2015 la Wayback Machine arXiv.org
  16. Teoria corzilor se întâlnește cu gravitația cuantică în buclă | Revista Quanta . Data accesului: 15 ianuarie 2016. Arhivat din original la 17 ianuarie 2016.
  17. Copie arhivată . Preluat la 11 august 2009. Arhivat din original la 4 iulie 2010.

Literatură

Surse