गायब हिस्सा: भौतिकविदों को गुरुत्वाकर्षण के एक क्वांटम सिद्धांत की तलाश करने के लिए मजबूर किया जाता है

सामान्य रूप से और विशेष रूप से भौतिकी में विज्ञान में प्रयुक्त गणित की तुलना अक्सर भाषा के साथ की जाती है - और यह धारणा देता है कि यह मुख्य रूप से अजनबियों को डराने के लिए एक गुप्त कोड के रूप में कार्य करता है और यह एक आवश्यकता से अधिक असुविधा है। और यद्यपि मैं विज्ञान के लोकप्रियकरण का समर्थन और सराहना करता हूं, तकनीकी शब्दों और समीकरणों के सावधानीपूर्वक परिहार इस तथ्य की ओर जाता है कि गणित को कुछ वैकल्पिक के रूप में माना जाता है, सबसे अच्छा - शापपूर्ण, और सबसे खराब - यातना का एक साधन। लेकिन गणित इतना अधिक है।

सबसे पहले, गणित विचारों का एक अनुशासन है। यह भाषा की अनिश्चितताओं से मुक्त होता है और मान्यताओं से परिणाम प्राप्त करने के लिए एक उपकरण के रूप में कार्य करता है। वह मानवीय कमजोरियों के अधीन नहीं है, दया नहीं जानती और निष्पक्षता पर पहरा देती है।



आधुनिक सैद्धांतिक भौतिकी मान्यताओं या स्वयंसिद्धों के एक सेट के आधार पर सिद्धांतों को बनाकर काम करती है, हालांकि उन्हें स्पष्ट रूप से स्थापित नहीं किया जाता है और कभी-कभी केवल अंतर्निहित रूप से परिभाषित किया जाता है। फिर भी, जब गणितीय रूप में तैयार किया जाता है, तो ये धारणा भौतिकविदों पर लगाए गए निष्कर्षों के एक बड़े समूह की ओर ले जाती है। ब्रह्मांड के लिए इसकी प्रयोज्यता के अर्थ में स्वीकार्य होने के लिए एक सिद्धांत के लिए, इन सभी निष्कर्षों को आंतरिक रूप से सुसंगत होना चाहिए, अर्थात विरोधाभासों को उत्पन्न नहीं करना और टिप्पणियों के साथ मेल खाना।

इस समय प्रकृति के सबसे मौलिक स्तरों का वर्णन करने के लिए, हमारे पास दो सिद्धांत हैं - कण भौतिकी में GR और मानक मॉडल। जीआर एक शास्त्रीय सिद्धांत है, और मानक मॉडल क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत है। पहला हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत का पालन नहीं करता है, दूसरा पालन करता है। एक साथ दो सिद्धांत सभी मौजूदा टिप्पणियों का वर्णन करने में सक्षम हैं, हालांकि इन विवरणों के कुछ पहलू हमें पूरी तरह से संतुष्ट नहीं करते हैं, उदाहरण के लिए, अंधेरे पदार्थ की अनुपस्थित सूक्ष्म संरचना। दो सिद्धांतों का संयोजन टिप्पणियों के साथ मेल खाता है, लेकिन परेशानी यह है कि वे एक दूसरे के साथ सहमत नहीं हैं।



यह विसंगति एक ब्लैक होल में सूचना हानि की समस्या से सबसे अच्छा प्रदर्शन करती है। क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के साथ जीआर को मिलाकर, हमें "घुमावदार स्थान में क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत" नामक कुछ मिलता है। यह आंशिक रूप से शास्त्रीय है, आंशिक रूप से क्वांटम है, और इसलिए इसे "अर्ध-शास्त्रीय गुरुत्वाकर्षण" कहा जाता है। इस संयुक्त सिद्धांत में, यह गणना की जा सकती है कि ब्लैक होल अपने खोजकर्ता के सम्मान में विकिरण को "हॉकिंग विकिरण" कहते हैं।

हॉकिंग विकिरण - एक काले शरीर का स्पेक्ट्रम जो विशेष संकेतों के बिना और मापदंडों का निर्धारण किए बिना, एक चीज के अपवाद के साथ: इसका तापमान, जो ब्लैक होल के प्रारंभिक द्रव्यमान पर निर्भर करता है। इसका मतलब यह है कि एक ही प्रारंभिक द्रव्यमान के साथ सभी ब्लैक होल वाष्पीकृत होते हैं, ठीक उसी थर्मल विकिरण का उत्पादन करते हैं, भले ही वे इससे बने हों। एक ब्लैक होल के गठन और उसके बाद के वाष्पीकरण की प्रक्रिया प्रतिवर्ती नहीं है: भले ही हम अंतिम स्थिति के बारे में सब कुछ जानते हैं, हम प्रारंभिक एक को निर्धारित नहीं कर सकते। सूचना खो जाती है। समस्या यह है कि इस तरह की अनिवार्य रूप से अपरिवर्तनीय प्रक्रिया इस प्रक्रिया को प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के साथ असंगत है: यह एक आंतरिक विरोधाभास है, एक बेमेल - और, इसलिए, प्रकृति उस तरह से काम नहीं कर सकती है। गणित ने यह निष्कर्ष हम पर थोपा है।



जीआर और स्टैंडर्ड मॉडल का अर्धवार्षिक संयोजन अन्य समस्याओं की ओर जाता है। उदाहरण के लिए, हम नहीं जानते कि एक दोहरे अंतर से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉन के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का क्या होता है। हम जानते हैं कि इलेक्ट्रॉन का तरंग कार्य सुपरपोजिशन में होता है और दोनों स्लॉट से गुजरता है, माप के दौरान स्क्रीन पर एक सांख्यिकीय वितरण बनाता है। हम यह भी जानते हैं कि एक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का वहन करता है। और हम जानते हैं कि ऊर्जा एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र बनाती है। लेकिन चूंकि गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र शास्त्रीय है, यह सुपरपोजिशन में नहीं हो सकता है और इलेक्ट्रॉन की तरह दोनों स्लिट्स से होकर गुजरता है। एक इलेक्ट्रॉन के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का क्या होता है? कोई नहीं जानता, क्योंकि इसे मापा जाना बहुत कमजोर है। इतना सरल और इतना अपमानजनक!



तीसरा कारण भौतिकविदों का मानना ​​है कि जीआर और एसएम का संयोजन अधूरा है कि यह बहुत ही गंभीर परिस्थितियों में विलक्षणताओं की उपस्थिति की ओर जाता है। विलक्षणता अनंत ऊर्जा घनत्व और वक्रता वाली वस्तुएं हैं। वे भौतिक नहीं हैं और एक सार्थक सिद्धांत में प्रकट नहीं होना चाहिए। वे भी दिखाई देते हैं, उदाहरण के लिए, हाइड्रोडायनामिक्स में, जब पानी की एक बूंद अलग हो जाती है। लेकिन बाद के मामले में, यह ज्ञात है कि विलक्षणता हाइड्रोडायनामिक्स में सन्निकटन का उपयोग करने की एक कलाकृति है, जो उप-परमाणु दूरी पर काम नहीं करती है। बहुत कम दूरी पर, अधिक मौलिक सिद्धांत (अर्थात, क्वांटम के सिद्धांत, व्यक्तिगत कणों) का उपयोग पानी की एक बूंद का वर्णन करने के लिए किया जाना चाहिए और उनमें कोई विलक्षणता नहीं है, जिसकी उम्मीद की जानी है।



यह माना जाता है कि गुरुत्वाकर्षण की मात्रा बहुत कम दूरी पर अंतरिक्ष समय संरचना को उजागर करके इन तीन समस्याओं को हल करेगी। दुर्भाग्य से, मानक मॉडल के अन्य इंटरैक्शन की तरह, गुरुत्वाकर्षण की मात्रा निर्धारित नहीं की जा सकती है। यदि हम इन तरीकों को गुरुत्वाकर्षण पर लागू करते हैं, तो हम "प्रभावी क्वांटम गुरुत्वाकर्षण" के सिद्धांत पर आते हैं, जो इन समस्याओं को हल नहीं कर सकता है - यह अभी भी मजबूत वक्रता के साथ टूट जाता है। यह भोलापन ("गड़बड़ी") परिमाणात्मक गुरुत्वाकर्षण विलक्षणताओं और ब्लैक होल वाष्पीकरण के साथ समस्याओं को हल करने के लिए उपयुक्त नहीं है, क्योंकि यह केवल कमजोर गुरुत्वाकर्षण के साथ काम करता है। इसका मूल सिद्धांत के रूप में कोई मतलब नहीं है। "क्वांटम गुरुत्व" की बात करें तो, भौतिकविदों का आमतौर पर एक सिद्धांत होता है, जो इस बात पर ध्यान दिए बिना काम करेगा कि गुरुत्वाकर्षण कितना मजबूत होगा।

क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के लिए कई सैद्धांतिक दृष्टिकोण हैं। उनमें से सबसे प्रसिद्ध asymptotically सुरक्षित गुरुत्वाकर्षण, पाश क्वांटम गुरुत्व, स्ट्रिंग सिद्धांत और कारण गतिशील त्रिभुज, साथ ही साथ ऐसे विचार हैं जो हाइड्रोडायनामिक्स के साथ सादृश्य से गंभीरता से संबंधित हैं और गुरुत्वाकर्षण को एक व्युत्पन्न घटना मानते हैं। अब तक, कोई यह नहीं कह सकता है कि प्रकृति के तीन दृष्टिकोणों में से कौन सा सही ढंग से वर्णन करता है।

BICEP की ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण में ध्रुवीकरण माप के निशान के बाद (अब यह स्थापित किया गया है कि यह अग्रभूमि में धूल का केवल एक परिणाम है), यह कहा गया था कि इस तरह के माप से हमें गुरुत्वाकर्षण की मात्रा के प्रमाण मिलेंगे। यह पूरी तरह सच नहीं है। सबसे पहले, यह केवल कमजोर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों पर लागू होता है और इसलिए, क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के मूल सिद्धांत के लिए नहीं। इसके अलावा, आपको तर्क के लिए बनाई गई मान्यताओं के बारे में सावधान रहना चाहिए। दरअसल, प्रारंभिक ब्रह्मांड में क्वांटम गुरुत्वीय उतार-चढ़ाव को पृष्ठभूमि विकिरण पर एक छाप छोड़नी चाहिए थी, जिसे सिद्धांत रूप में देखा जा सकता है। हालांकि, यह साबित करना अधिक कठिन होगा कि क्वांटम गुरुत्व केवल अस्थिर उतार-चढ़ाव बनाने का एकमात्र तरीका है। इस तरह के निष्कर्ष के लिए बेल के प्रमेय, प्रमाण प्रदर्शित करने वाली किसी चीज़ की आवश्यकता होगीशास्त्रीय सिद्धांत ऐसा नहीं कर सका - लेकिन ऐसा कोई सबूत नहीं है।



क्वांटम गुरुत्व अनुसंधान के लिए इतना बड़ा क्षेत्र नहीं है, जैसे कि, कहते हैं, संघनित पदार्थ भौतिकी या कैंसर अनुसंधान। यह एक छोटा समुदाय है, जो, फिर भी, महान सार्वजनिक हित को आकर्षित करता है। और यह व्यर्थ नहीं है। क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के बिना, हम नहीं जानते कि अंतरिक्ष और समय कैसे व्यवहार करते हैं, और हम यह नहीं समझते हैं कि हमारा ब्रह्मांड कैसे शुरू हुआ। हमें यह समझाने के लिए क्वांटम गुरुत्व के सिद्धांत की आवश्यकता है कि ब्रह्मांड कैसे संरचित है और यह कैसे उत्पन्न हुआ।

मेरा यह भी मानना ​​है कि यह सिद्धांत हमें मात्रात्मकता के बारे में महत्वपूर्ण सबक देगा जो व्यवहार में हमारे लिए उपयोगी होगा। यदि आप स्ट्रिंग थ्योरी के अनुयायियों को सुनते हैं, तो यह प्रक्रिया पहले ही शुरू हो चुकी है, चाहे स्ट्रींग सिद्धांत ब्लैक होल में सूचना हानि की समस्या को हल कर सकता है!

क्वांटम गुरुत्वाकर्षण का आकर्षण समस्या की शुद्धता और गणितीय तर्क की अनिवार्यता के कारण है, जिससे यह निष्कर्ष निकलता है कि पहेली का कोई महत्वपूर्ण हिस्सा नहीं है। हमें यह पता लगाना होगा कि क्या इस भाग को खोजने के लिए विशुद्ध गणितीय दृष्टिकोण पर्याप्त होगा। यदि नहीं, तो हमारे निष्कर्ष अस्पष्ट रहेंगे, और अधिक मार्गदर्शन डेटा नहीं होगा।

Source: https://habr.com/ru/post/hi397013/