Quantum Gravity

Quantum zwaartekracht is een tak van de theoretische natuurkunde poging om quantummechanica en algemene relativiteitstheorie te verenigen.

Problematisch

De meeste van de moeilijkheden die tijdens deze vereniging komen uit totaal verschillende uitgangspunten van deze theorieën over hoe het universum werkt.

Een extra moeilijkheid komt voort uit het succes van de kwantummechanica en de theorie van de algemene relativiteitstheorie. Beide zijn succesvol en geen fenomeen tegenspreekt. De energieën en kwantumgravitatie voorwaarden die kunnen worden getest zijn niet toegankelijk voor onze technologie. Ook geen experimentele observatie is beschikbaar om aanwijzingen over hoe ze te combineren geven.

Kwantummechanica is gebaseerd op bemiddeling deeltjes verschillende krachten gebruikt in vlakke ruimte-tijd van de Newtoniaanse mechanica of relativiteitstheorie, terwijl de algemene relativiteitstheorie modellen zwaartekracht als een kromming van ruimte-tijd waarvan de straal verandert wanneer het materiaal beweegt. De meest triviale manieren te combineren deze twee theorieën geconfronteerd met het renormalisatie probleem. Inderdaad zwaartekracht gevoelig voor zo gemalen volgens het principe van equivalentie van massa en energie in speciale relativiteit is ook gevoelig voor energie. Een graviton moet communiceren met zichzelf creëren van nieuwe gravitonen die op hun beurt interageren opnieuw ... Het lijkt eindeloos energie waarden die niet kunnen worden uitgesloten.

De algemene aanpak om een ​​theorie kwantumgravitatie verkrijgen aangenomen dat de onderliggende theorie is eenvoudig en elegant en onderzoekt de symmetrieën en aanwijzingen te combineren tot een uitgebreide theorie. Een probleem met deze benadering is dat het niet bekend of quantum zwaartekracht een eenvoudige en elegante theorie.

Zo'n theorie nodig is om de problemen van te vertrouwen op grote aantal materie of energie en de kleine afmetingen van de ruimte, zoals zwarte gaten en de oorsprong van het universum begrijpen.

Effect van kwantumzwaartekracht

Hoewel het geen quantum beschrijving van de zwaartekracht, is het mogelijk om het gedrag van een quantum object in aanwezigheid van zwaartekracht te bepalen. Voorspel de beweging van een deeltje in een zwaartekrachtsveld is zelfs een klassieke oefening voor studenten. We tonen aan dat de potentiële zwaartekracht energieniveaus gekwantiseerd, zelfs als de zwaartekracht zelf niet.

Het experiment is inmiddels uitgevoerd door Valery Nesvizhevsky en laat zien dat de neutronen zijn goed banen voorspeld door de kwantummechanica.

Benadert kandidaten

Een aantal voorstellen gedaan om het probleem aan te pakken:

  • De eerste poging om de niet-renormalizability van zwaartekracht harden was het ingrediënt van supersymmetrie toevoegen gedrag van de graviton verbinden met andere kleinere deeltjes draaien en daarmee verzachten de verschillen van de theorie. Het resultaat brengt de supergravitatie theorie naam. Helaas, ondanks een beter effect in de gedrags verschillen blijven en deze theorieën zijn niet goed gedefinieerd kwantum.
  • Snaartheorie of, meer bepaald in de supersymmetrische versie van supersnaartheorie is een poging niet alleen quantum beschrijving van de zwaartekracht, maar ook andere fundamentele interacties aanwezig in het standaardmodel van de deeltjesfysica. De verschillende modellen van de snaartheorie zijn perfect een quantum standpunt gedefinieerd en opmerkelijk toegeven theorieën van supergravitatie zo laag energie effectieve theorieën. In deze zin snaartheorieën te microscopische beschrijving, ook bekend als ultraviolet voltooid, de supergravitatietheorieën. Het is de tak van de meest actieve gebied van het aantal onderzoekers en publicaties. Een deel van de onderzoekers die werken op de loop quantum zwaartekracht toch bekritiseerd snaartheorie, zeggen dat de plaats toegekend aan het hegemonische en voorkomt dat de normale ontwikkeling van alternatieve theorieën in de afwezigheid van experimentele bevestigingen.
  • De lus quantumernst geïntroduceerd door Lee Smolin Carlo Rovelli basis van het formalisme van Ashtekar probeert een kwantum formulering van de ernst expliciet onafhankelijk van een eventuele cross-metriek die een natuurlijke werking volgens de onderhavige geest van de algemene relativiteitstheorie. In tegenstelling tot de snaartheorie, is loop quantum zwaartekracht niet gegeven als een doel om ook de andere fundamentele interacties te beschrijven. Daarom is geen theorie helemaal. De levensvatbaarheid van dit project wordt betwist door een deel van de snaartheorie onderzoeksgemeenschap.
  • Alain Connes heeft onlangs voorgesteld het gebruik van de niet-commutatieve meetkunde aan het standaard model door dimensionele reductie van de algemene relativiteitstheorie op een niet-commutatieve verscheidenheid in de geest van de Kaluza-Klein theorie op zoek naar elektromagnetisme reproduceren door reductie herbouwen dimensionale algemene relativiteitstheorie op een cirkel. Maar zijn analyse is gebaseerd op een klassieke beschrijving van het standaard model en kwantificering van het model is nog niet ontwikkeld, dus dit is niet echt een quantum beschrijving van de zwaartekracht.
  • Met concepten gemeen met de laatste, de dilaton maakte zijn eerste verschijning in de Kaluza-Klein-theorie. Onlangs verscheen hij in de kwestie van een aantal kleinere body gebaseerd op het veld theorie van de Romeinse Jackiw. De motivatie kwam uit willen volledige analytische oplossingen voor de metriek van covariabele-body probleem, een moeilijk en bijna illusoire doel op de algemene relativiteitstheorie te krijgen. Om het probleem te vereenvoudigen, het aantal dimensies gereduceerd, dat wil zeggen een ruimtelijke dimensie en een tijdsdimensie zeggen. Het resulterende model wordt genoemd R = T. Niet alleen kun je accurate oplossingen in termen van een veralgemening van de Lambert W functie, wordt de dilaton beheerst door de Schrödingervergelijking en dus kwantificering van toepassing. We krijgen een theorie die de zwaartekracht, elektromagnetisme en de kwantummechanica combineert. Door nadelen, is het nog niet duidelijk hoe deze theorie in de afmetingen "2 + 1" en "3 + 1" generaliseren. Sommige wetenschappers hebben de afmeting "4 + 1", zij hebben aangetoond dat het in aanmerking kan worden genomen bestudeerd.
  • De theorie van Roger Penrose twistor voorgesteld in 70 een nieuw formalisme voor de studie van oplossingen van de vergelijkingen van algemene relativiteit en als zodanig zou een beter startpunt voor kwantificeren. Maar de inspanningen in deze richting waren niet succesvol en het ontwerp kwantificering van deze route werd vandaag verlaten. Tegenover de twistor formalisme is nog steeds nuttig in de context van relativiteit en zelfs vond een hernieuwde belangstelling onlangs in het kader van de studie van de Yang-Mills theorie met behulp van de snaartheorie.

Kwantumzwaartekracht theoretici

  • Abhay Ashtekar
  • John Baez
  • Julian Barbour
  • Martin Bojowald
  • Louis Crane
  • Rodolfo Gambini
  • Brian Greene
  • Stephen Hawking
  • Peter Higgs
  • Christopher Isham
  • Ted Jacobson
  • Michio Kaku
  • Renate Loll
  • Robert B. Mann
  • Fotini Markopoulou-Kalamara
  • Roger Penrose
  • Jorge Pullin
  • Carlo Rovelli
  • Tony C. Scott
  • Lee Smolin
  • Andrew Strominger
  • Thomas Thiemann
  • Edward Witten