😁 🚊 👨🏽‍💻 اسأل إيثان رقم 91: هل نظرية الأوتار ضرورية للجاذبية الكمية؟ 🚺 🤲 👌🏿

يبدو لي أن العديد من الأشياء المختلفة المثيرة للاهتمام حدثت في نظرية الأوتار بحيث لا يمكن أن تكون خاطئة. لا يفهمها الناس جيدًا ، لكنني لا أعتقد أن هناك مؤامرة كونية خلقت شيئًا لا علاقة له بالعالم الحقيقي.

إدوارد ويتن

ليس هناك شك في أنه من وجهة نظر رياضية ليس لدينا عيوب في جميع أنواع الأجهزة الرياضية الجميلة والأنيقة. لكن ليس كلهم منطقيون في الكون المادي. لكل فكرة رائعة تصف ما يمكننا رؤيته وقياسه ، هناك فكرة رائعة أخرى تحاول وصف الشيء نفسه ، ولكن تبين أنها خاطئة. في مناقشة الأسئلة المتعلقة ببدائل نظرية الأوتار الأسبوع الماضي ، وجدت العبارة التالية:

, , . , , 5-10 . , , - - 10⁵⁰⁰ . ?

أولاً ، هناك فرق كبير بين جاذبية الكم ، وحل نظرية الأوتار ، والبدائل الأخرى.

لنبدأ بعالمنا العزيز. هناك نظرية عامة للنسبية - نظرية الجاذبية. تفترض أن النظام بأكمله يعمل بشكل أصعب قليلاً من "العمل طويل المدى" البسيط الذي توصل إليه نيوتن ، حيث تنبعث جميع الجماهير في جميع أماكن الكون من القوى التي تعمل على بعضها البعض بشكل متناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما.

الكتلة ، كما أوضح آينشتاين باستخدام مبدأ التكافؤ E = mc ²في عام 1907 ، كان هناك شكل واحد فقط من الطاقة. هذه الطاقة تلتف نسيج الزمكان ذاته ، وتغير المسار الذي تتحرك فيه الأجسام ، وتنحني ما قد يراه المراقب كشبكة ديكارتية. لا يتم تسريع الأجسام بقوة غير مرئية ، ولكنها ببساطة تسير على طول مسار منحني بأشكال الطاقة المختلفة الموجودة في الكون.

هذه هي الجاذبية.

من ناحية أخرى ، لدينا قوانين الكم الطبيعية. الكهرومغناطيسية التي تسيطر عليها الجسيمات المشحونة كهربائيا وحركتها. يتم وصفها من قبل حامل التفاعلات ، الفوتون ، الذي يعمل كوسيط ونتيجة لذلك تنشأ ظاهرة نربطها بالكهرباء والمغناطيسية. لا تزال هناك قوتان نوويتان - الضعيفة ، المسؤولة عن الاضمحلال الإشعاعي ، والقوي ، الذي يجمع نويات الذرات معًا ويسمح عمومًا بوجود البروتونات والنيوترونات.

يتم حساب هذه القوى في الزمان والمكان المسطح - لذلك يبدأ كل طالب في دراسة نظرية المجال الكمي. ولكن في وجود الزمكان المنحني ، وإطاعة النظرية النسبية العامة ، يبدأ كل شيء في التصرف بشكل غير صحيح.

"حسنًا ، دعنا نجري حساباتنا الكمية على خلفية مساحة منحنية!" - ماذا تقترح. وهذا ما يسمى بالجاذبية شبه الكلاسيكية ، ويسمح لنا بحساب أشياء مثل إشعاع هوكينج. ولكن حتى ذلك الحين ، تحدث هذه الحسابات فقط في أفق حدث الثقب الأسود ، وليس حيث تكون الجاذبية أقوى. كما أوضحت الفيزيائية Sabina Hossenfelder ، نحن بحاجة إلى نظرية الجاذبية الكمومية في عدة أماكن ، وجميعها مرتبطة بفيزياء الجاذبية على مسافات مجهرية.

على سبيل المثال ، ما الذي يحدث في وسط الثقب الأسود؟ التفرد ليس نقطة كثافة لا نهائية بقدر ما تعطي فيه الرياضيات الخاصة بالموارد الوراثية إجابات لا معنى لها للإمكانات والقوى. ماذا يحدث ، على سبيل المثال ، عندما يمر الإلكترون من خلال فتحتين في نفس الوقت؟

هل يمر مجال الجاذبية عبر الفتحتين؟ من خلال واحد منهم؟ لا توجد إجابات لهذا السؤال في GR.

كما لو كان يجب أن تكون هناك نظرية كمومية للجاذبية لمثل هذه المشاكل المماثلة الأخرى المرتبطة بالنسبية العامة "السلسة". لشرح ما يحدث على مسافات قصيرة في وجود مصادر الجاذبية ، أو الكتلة ، نحتاج إلى نظرية الجاذبية الكمومية المنفصلة ، أي الجاذبية.

بفضل خصائص النسبية العامة ، نعرف شيئًا بالفعل.

تنتقل القوى الكمومية المعروفة بواسطة جسيمات تسمى بوزونات ، أو بواسطة جسيمات ذات دوران كامل. ينقل الفوتون تفاعلًا كهرومغناطيسيًا ، وينقل بوزونات W و Z تفاعلًا ضعيفًا ، وينقل الغلوون تفاعلًا قويًا. بالنسبة لجميع هذه الجسيمات ، فإن الدوران يساوي 1 ، أي أن دوران الجسيمات الضخمة (W و Z) يمكن أن يأخذ قيمًا -1 أو 0 أو +1 ، وبدون كتلة (غلوونات وفوتونات) - فقط -1 أو +1.

بوزون هيجز هو بوزون ، على الرغم من أنه لا ينقل التفاعل ولديه دوران 0. معرفتنا بالجاذبية (GR هي نظرية موتر الجاذبية) تقول أنه يجب أن تنتقل عن طريق جسيم بلا كتلة مع الدوران 2 ، أي مثل هذا الذي يمكن أن يأخذ دورانه قيمًا -2 أو +2.

أي أننا نعرف شيئًا عن نظرية الكم للجاذبية ، حتى قبل صياغتها! مهما كان الأمر ، يجب أن تتوافق مع الموارد الوراثية على مسافات كبيرة - تمامًا كما يجب أن تتدهور في نظرية نيوتن للجاذبية في حالات الحقول الضعيفة.

ولكن كيف؟ كيف يمكن قياس الجاذبية بحيث تكون النظرية صحيحة في وصف العالم من حولها ، المتوافق مع GR و TAG ، ويفضل أن يؤدي إلى توقعات محسوبة لمثل هذه الظواهر التي يمكن ملاحظتها وقياسها؟

لقد سمعت عن المرشح الرئيسي - هذه نظرية الأوتار.

1) نظرية الأوتار. هذا جهاز مثير للاهتمام - يمكن أن يشمل جميع المجالات والجزيئات المعروفة للنموذج القياسي ، سواء الفرميونات والبوزونات. كما يتضمن أيضًا نظرية الجاذبية العشرية للموتر ، حيث توجد 9 مكانية وبعد زمني واحد ومعلمة مجال عددي. إزالة الأبعاد الستة باستخدام الضغط (عملية موصوفة بشكل غير كامل) ونقل المعلمة ω ، التي تصف التكامل العددي ، إلى ما لا نهاية ، نحصل على GR.

ولكن مع TS هناك العديد من المشاكل الظاهرية. على سبيل المثال ، تتنبأ بوجود مجموعة من الجسيمات الجديدة ، بما في ذلك جميع الجزيئات فوق المتماثلة ، التي لم يتم العثور على أي منها. تدعي أنها لا تحتاج إلى "معلمات مجانية" كنموذج قياسي (كتلة الجسيمات) ، لكنها تستبدل هذه المشكلة بأخرى أسوأ. يتحدث كينت عن ^10،500حلول متنوعة - وهي تشير إلى توقعات الفراغ لقيم مجال السلسلة ، ولكن لا توجد آلية تسمح بتأسيسها. إذا كنت بحاجة إلى عمل TS ، فإنك تتجاهل الديناميكيات وتقول: "حسنًا ، لقد تم اختياره وفقًا لمبدأ الإنسان."

لكن ST أبعد ما يكون عن الخيار الوحيد.

2) حلقة الجاذبية الكمومية. يقترح PCG ، بدلاً من تحديد الجسيمات ، النظر في خيار الفضاء المنفصل. تخيل ورقة ممتدة مع كرة بولينج في المنتصف. فقط هذا النسيج لن يكون ناعماً - فالرقاقة الحقيقية محددة كمياً ، وهي مصنوعة من جزيئات ، وذرات ، ونوى وإلكترونات.

لذلك مع الفضاء. قد يعمل مثل النسيج ، ولكن يمكن أيضًا صنعه من كيانات محدودة. ربما خاط وخيط - حيث تأخذ النظرية اسمها. خيط الحلقات وستحصل على شبكة تمثل الحالة الكمية لحقل الجاذبية. في هذه الحالة ، لا يهم فقط ، ولكن سيتم حساب المساحة. إن كيفية الوصول إلى حسابات كمية واقعية من هذا الرأي هو سؤال مفتوح ، ولا يزال بحثه ، الذي حقق اختراقة في 2007-2008 ، يمضي قدمًا بنشاط.

3) جاذبية آمنة مقارب. محاولتي المفضلة للاقتراب من CTG. الحرية المقاربةتم تطويره في السبعينيات لشرح الخاصية غير العادية للتفاعلات القوية - على مسافات قصيرة ، تكون القوة ضعيفة جدًا ، ومع إزالة الجسيمات المشحونة بالألوان ، تزداد كثافة. على النقيض من الكهرومغناطيسية ، حيث يكون ثابت التفاعل صغيرًا ، فهو كبير في تفاعل قوي. بفضل الخصائص المثيرة للاهتمام للديناميكيات الكمومية الكمومية ، إذا قمت ببناء نظام بدون ألوان ، ستنخفض قوة التفاعلات بسرعة كبيرة. يبدو أن

الأمن المقارب يحل المشكلة الرئيسية المرتبطة بهذا - لا تحتاج إلى ثوابت تفاعل صغيرة ، أو تميل إلى الصفر. يجب أن تكون الثوابت محدودة. تختلف جميع ثوابت التفاعل مع الطاقة ، وتختار السلامة المقاربة ببساطة قيمة الثابت في حالات الطاقة العالية، وكل شيء آخر بعد ذلك يمكن حسابه للطاقات الأقل.

صحيح ، لقد اكتشفنا حتى الآن كيفية التعامل مع هذا فقط في الفضاء ثنائي الأبعاد ، حيث يوجد بُعد واحد في الفضاء وواحد في الوقت المناسب. لكن العملية جارية. نشرت كريستوف Wetterich اثنين اختراق أعمال في 90s. وقبل ست سنوات ، استخدم هذه النظرية للتنبؤ بكتلة بوزون هيجز قبل أن يكتشفها المصادم LHC.

وتزامنت النتيجة مع الواقع. هذا توقع رائع أنه عندما ينخفض شريط أخطاء الحساب بشكل أقل ويتم الانتهاء من كتل بوزون W-bos و Higgs ، فلن نحتاج حتى إلى جسيمات أولية أخرى (مثل التناظر الفائق) للفيزياء لكي تتصرف بشكل ثابت حتى نطاقات جداول بلانك.

إنه ليس واعدًا فحسب ، بل له نفس الخصائص الإيجابية مثل نظرية الأوتار: فهو يحدد الجاذبية ، وينحط إلى النسبية العامة عند طاقات منخفضة ، وهو محدود بالأشعة فوق البنفسجية. وهي ، على عكس الأوتار ، لا تحتاج إلى نقل أي خردة إضافية لا يوجد دليل عليها.

4) التثليث الديناميكي السببي. هذا منتج جديد تم تطويره في عام 2000 بواسطة Rinate Loll.. يشبه PCG من حيث تقدير المساحة ، ولكنه يتعامل بشكل رئيسي مع تطور الفضاء نفسه. إحدى الخصائص المثيرة للاهتمام لهذه النظرية هي أن الوقت منفصل أيضًا. تنطوي النظرية على الزمكان رباعي الأبعاد (غير مفترض ، لكنه يتبع) ، والذي يتحول عند الطاقات العالية إلى ثنائي الأبعاد. ويستند إلى المفهوم الرياضي البسيط ، وهو تناظري متعدد الأبعاد للمثلث. 2-simplex هو مثلث ، 3-simplex هو رباعي الأسطح ، وهكذا. ومن المثير للاهتمام أن مبدأ الحفاظ على السببية يتبع بوضوح من هذه النظرية. قد تكون قادرة على وصف الجاذبية ، ولكن حتى الآن لسنا متأكدين بنسبة 100٪ من إمكانية دفع النموذج القياسي للجسيمات الأولية فيه.

5) الجاذبية المستحثة. أكثر النظريات المضاربة والحديثة التي أصبحت معروفة في عام 2009 ، عندما اقترح إريك فيرليند نظرية جاذبية الكون - نموذج حيث الجاذبية ليست القوة الرئيسية ، ولكنها تتبع من ظاهرة مرتبطة بالأنتروبيا. تعود بذور هذه النظرية إلى اكتشاف ظروف ظهور التباين الباريوني للكون ، إلى مفهوم أندريه ساخاروف ، الذي اقترحه في عام 1967. إن النظرية جديدة للغاية ولا يمكن طلب الكثير منها.

حسنًا ، ما لدينا اليوم فيما يتعلق بمسألة الجاذبية الكمية. نحن بحاجة إليه لجعل الكون يعمل على مستويات الجسيمات ، لكننا لا نعرف كيف يبدو وما إذا كانت أي من النظريات الموصوفة ستلعب. نظرية الأوتار هي الأكثر دراسة على الإطلاق ، الجاذبية الآمنة تقاربًا هي المفضلة لدي ، الجاذبية الكمومية حلقة هي ثاني أكثر شعبية من الخمسة ، والتثليث الديناميكي السببي والجاذبية المستحثة هي نظريات جديدة يتم تطويرها بنشاط الآن.

اسأل إيثان رقم 91: هل نظرية الأوتار ضرورية للجاذبية الكمية؟

More articles: