Loop quantum gravity - ni nini? Ni swali hili ambalo tutazingatia katika makala hii. Kuanza, tutafafanua sifa zake na habari za kweli, na kisha tutafahamiana na mpinzani wake - nadharia ya kamba, ambayo tutazingatia kwa fomu ya jumla kwa kuelewa na kuunganishwa na mvuto wa kitanzi cha quantum.
Utangulizi
Mojawapo ya nadharia zinazoelezea mvuto wa quantum ni seti ya data kuhusu mvuto wa kitanzi katika kiwango cha quantum cha shirika la Ulimwengu. Nadharia hizi zinatokana na dhana ya uwazi wa wakati na nafasi kwenye mizani ya Planck. Huruhusu dhana ya Ulimwengu unaodunda kutekelezwa.
Lee Smolin, T. Jacobson, K. Rovelli, na A. Ashtekar ndio waanzilishi wa nadharia ya mvuto wa loop quantum. Mwanzo wa malezi yake iko kwenye miaka ya 80. Karne ya XX. Kwa mujibu wa taarifa za nadharia hii, "rasilimali" - wakati na nafasi - ni mifumo ya vipande tofauti. Zinafafanuliwa kuwa seli zenye ukubwa wa quanta, ambazo hushikiliwa pamoja kwa njia maalum. Hata hivyo, tukifikia saizi kubwa, tunaona ulaini wa muda wa nafasi, na inaonekana kwetu kuwa endelevu.
Mvuto wa kitanzi na chembechembe za ulimwengu
Moja ya "sifa" zinazovutia zaidi za nadharia ya loop quantum gravity ni uwezo wake wa asili wa kutatua baadhi ya matatizo katika fizikia. Inakuruhusu kueleza masuala mengi yanayohusiana na Muundo Wastani wa fizikia ya chembe.
Mnamo 2005, makala ya S. Bilson-Thompson ilichapishwa, ambaye alipendekeza ndani yake modeli yenye Rishon Harari iliyobadilishwa, ambayo ilichukua umbo la kitu cha utepe uliopanuliwa. Mwisho huitwa Ribbon. Kadirio la uwezekano unapendekeza kwamba linaweza kueleza sababu ya shirika huru la vipengele vidogo vyote. Baada ya yote, ni jambo hili linalosababisha malipo ya rangi. Mfano wa awali wa preon yenyewe ulizingatia chembe za uhakika kama kipengele cha msingi. Gharama ya rangi iliwekwa. Muundo huu hurahisisha kuelezea chaji za umeme kama huluki ya kitopolojia, ambayo inaweza kutokea katika hali ya kusokota kwa utepe.
Nakala ya pili ya waandishi wenza hawa, iliyochapishwa mwaka wa 2006, ni kazi ambayo L. Smolin na F. Markopolu pia walishiriki. Wanasayansi wameweka mbele dhana kwamba nadharia zote za mvuto wa kitanzi cha quantum, zilizojumuishwa katika darasa la zile za kitanzi, zinasema kuwa ndani yao nafasi na wakati ni majimbo yanayochangamshwa na quantization. Majimbo haya yanaweza kucheza nafasi ya preons, ambayo inaongoza kwa kuibuka kwa mfano wa kawaida unaojulikana. Ni, kwa upande wake, husababishakuibuka kwa sifa za nadharia.
Wanasayansi hao wanne pia walipendekeza kuwa nadharia ya mvuto wa kitanzi cha quantum inaweza kutoa tena Modeli Kawaida. Inaunganisha nguvu nne za kimsingi kwa njia ya moja kwa moja. Katika fomu hii, chini ya dhana ya "brad" (iliyounganishwa kwa muda wa nafasi ya nyuzi), dhana ya preons ina maana hapa. Ni akili ambazo hufanya iwezekanavyo kuunda tena mfano sahihi kutoka kwa wawakilishi wa "kizazi cha kwanza" cha chembe, ambayo ni msingi wa fermions (quarks na leptons) na njia nyingi sahihi za kurejesha malipo na usawa wa fermions wenyewe.
Bilson-Thompson alipendekeza kwamba femu kutoka kwa "mfululizo" wa kimsingi wa vizazi vya 2 na 3 zinaweza kuwakilishwa kama tambiko sawa, lakini kwa muundo changamano zaidi. Fermions ya kizazi cha 1 inawakilishwa hapa na akili rahisi zaidi. Hata hivyo, ni muhimu kujua hapa kwamba mawazo maalum kuhusu utata wa kifaa chao bado hayajawekwa. Inaaminika kuwa malipo ya aina ya rangi na umeme, pamoja na "hali" ya usawa wa chembe katika kizazi cha kwanza, huundwa kwa njia sawa na kwa wengine. Baada ya chembe hizi kugunduliwa, majaribio mengi yalifanywa ili kuunda athari juu yao na kushuka kwa kiwango cha quantum. Matokeo ya mwisho ya majaribio yalionyesha kuwa chembe hizi ni thabiti na haziozi.
Muundo wa ukanda
Kwa kuwa tunazingatia habari kuhusu nadharia hapa bila kutumia hesabu, tunaweza kusema kwamba hii ni loop quantum gravity "kwavijiko vya chai." Na hawezi kufanya bila kueleza miundo ya kanda.
Vyombo ambavyo mada inawakilishwa na "vitu" sawa na muda wa anga ni uwakilishi wa jumla wa kielelezo ambao Bilson-Thompson aliwasilisha kwetu. Vyombo hivi ni miundo ya tepi ya sifa ya maelezo iliyotolewa. Mfano huu unatuonyesha jinsi fermions huzalishwa na jinsi bosons hutengenezwa. Walakini, haijibu swali la jinsi boson ya Higgs inaweza kupatikana kwa kutumia chapa.
L. Freidel, J. Kovalsky-Glikman na A. Starodubtsev mwaka 2006 katika makala moja walipendekeza kuwa mistari ya Wilson ya mashamba ya mvuto inaweza kuelezea chembe za msingi. Hii inamaanisha kuwa mali zinazomilikiwa na chembe zinaweza kuendana na vigezo vya ubora wa vitanzi vya Wilson. Mwisho, kwa upande wake, ni kitu cha msingi cha mvuto wa kitanzi cha quantum. Masomo na hesabu hizi pia huzingatiwa kama msingi wa ziada wa usaidizi wa kinadharia unaoelezea miundo ya Bilson-Thompson.
Kwa kutumia urasmi wa modeli ya povu inayozunguka, ambayo inahusiana moja kwa moja na nadharia iliyosomwa na kuchambuliwa katika makala haya (T. P. K. G.), na pia kwa kuzingatia mfululizo wa awali wa kanuni za nadharia hii ya mvuto wa kitanzi cha quantum, hufanya inawezekana kutoa tena baadhi ya vipande vya Modeli ya Kawaida ambavyo havikuweza kupatikana hapo awali. Hizi zilikuwa chembe za fotoni, pia gluoni na gravitoni.
Kunapia mfano wa gelon, ambayo brads hazizingatiwi kutokana na kutokuwepo kwao kama vile. Lakini mfano yenyewe haitoi uwezekano halisi wa kukataa kuwepo kwao. Faida yake ni kwamba tunaweza kuelezea kifua cha Higgs kama aina ya mfumo wa mchanganyiko. Hii inaelezewa na uwepo wa miundo ngumu zaidi ya ndani katika chembe zenye thamani kubwa ya misa. Kwa kuzingatia kupotosha kwa brads, tunaweza kudhani kuwa muundo huu unaweza kuhusishwa na utaratibu wa uundaji wa wingi. Kwa mfano, umbo la modeli ya Bilson-Thompson, ambayo inaelezea fotoni kama chembe yenye uzito sifuri, inalingana na hali ya bradi isiyopinda.
Kuelewa Mbinu ya Bilson-Thompson
Katika mihadhara kuhusu mvuto wa kitanzi cha quantum, tunapoelezea mbinu bora zaidi ya kuelewa muundo wa Bilson-Thompson, inatajwa kuwa maelezo haya ya kielelezo cha awali cha chembe za msingi huruhusu mtu kubainisha elektroni kama utendaji wa asili ya mawimbi. Hoja ni kwamba jumla ya idadi ya majimbo ya quantum inayomilikiwa na povu za spin na awamu madhubuti pia inaweza kuelezewa kwa kutumia maneno ya utendaji wa mawimbi. Hivi sasa, kazi amilifu inaendelea inayolenga kuunganisha nadharia ya chembe msingi na T. P. K. G.
Miongoni mwa vitabu vya kitanzi cha mvuto wa quantum, unaweza kupata habari nyingi, kwa mfano, katika kazi za O. Feirin kuhusu utata wa ulimwengu wa quantum. Miongoni mwa kazi zingine, inafaa kulipa kipaumbele kwa nakala za Lee Smolin.
Matatizo
Makala, katika toleo lililorekebishwa kutoka kwa Bilson-Thompson, inakubali kwambawigo wa wingi wa chembe ni shida ambayo haijatatuliwa ambayo mfano wake hauwezi kuelezea. Pia, yeye hasuluhishi maswala yanayohusiana na spins, mchanganyiko wa Cabibbo. Inahitaji kiunga cha nadharia ya msingi zaidi. Matoleo ya baadaye ya makala yameamua kuelezea mienendo ya bradi kwa kutumia mpito wa Pachner.
Kuna mzozo wa mara kwa mara katika ulimwengu wa fizikia: nadharia ya kamba dhidi ya nadharia ya mvuto wa loop quantum. Hizi ni kazi mbili za kimsingi ambazo wanasayansi wengi maarufu duniani wamefanya kazi na wanazifanyia kazi.
Nadharia ya mfuatano
Tukizungumza kuhusu nadharia ya mvuto wa kitanzi cha quantum na nadharia ya uzi, ni muhimu kuelewa kwamba hizi ni njia mbili tofauti kabisa za kuelewa muundo wa maada na nishati katika Ulimwengu.
Nadharia ya mfuatano ni "njia ya mageuzi" ya sayansi ya fizikia, ambayo inajaribu kuchunguza mienendo ya vitendo vya pande zote si kati ya chembe za ncha, lakini nyuzi za kiasi. Nyenzo ya nadharia inachanganya wazo la mechanics ya ulimwengu wa quantum na nadharia ya uhusiano. Hii ina uwezekano wa kumsaidia mwanadamu kujenga nadharia ya baadaye ya mvuto wa quantum. Ni kwa sababu haswa ya umbo la kitu cha utafiti kwamba nadharia hii inajaribu kuelezea misingi ya ulimwengu kwa njia tofauti.
Tofauti na nadharia ya mvuto wa kitanzi cha quantum, nadharia ya mfuatano na misingi yake inategemea data dhahania, na kupendekeza kuwa chembe yoyote msingi na mwingiliano wake wote wa asili ya kimsingi ni tokeo la mitetemo ya nyuzi za quantum. "Vipengele" hivi vya Ulimwengu vina vipimo vya hakroskopu na kwenye mizani ya mpangilio wa urefu wa Planck ni 10-35 m.
Data ya nadharia hii ina maana ya kihisabati kwa usahihi kabisa, lakini bado haijaweza kupata uthibitisho halisi katika uwanja wa majaribio. Nadharia ya mfuatano inahusishwa na anuwai, ambayo ni tafsiri ya habari katika idadi isiyo na kikomo ya ulimwengu na aina tofauti na aina za ukuzaji wa kila kitu kabisa.
Msingi
Loop mvuto wa quantum au nadharia ya uzi? Hili ni swali muhimu sana, ambalo ni gumu, lakini linahitaji kueleweka. Hii ni muhimu hasa kwa wanafizikia. Ili kuelewa vyema nadharia ya uzi, ni muhimu kujua mambo machache.
Nadharia ya mfuatano inaweza kutupa maelezo ya mpito na vipengele vyote vya kila chembe msingi, lakini hili linawezekana tu ikiwa tunaweza pia kuongeza masharti kwenye nyanja ya fizikia yenye nishati kidogo. Katika hali kama hii, chembe hizi zote zinaweza kuchukua fomu ya vikwazo kwenye wigo wa msisimko katika lenzi isiyo ya ndani ya mwelekeo mmoja, ambayo kuna idadi isiyo na kikomo. Ukubwa wa tabia ya mifuatano ni thamani ndogo sana (takriban 10-33 m). Kwa kuzingatia hili, mtu hawezi kuwaona wakati wa majaribio. Analog ya jambo hili ni vibration ya kamba ya vyombo vya muziki. Data ya spectral ambayo "huunda" kamba inaweza tu kuwezekana kwa masafa fulani. Kadiri mzunguko unavyoongezeka, ndivyo nishati (iliyokusanywa kutoka kwa mitetemo inavyoongezeka). Ikiwa tutatumia fomula E=mc2 kwa taarifa hii, basi tunaweza kuunda maelezo ya jambo linalounda Ulimwengu. Nadharia inasisitiza kwamba vipimo vya wingi wa chembe vinavyojidhihirisha kamanyuzi zinazotetemeka huzingatiwa katika ulimwengu halisi.
Fizikia ya kamba huacha swali la wazi la vipimo vya muda wa anga. Kutokuwepo kwa vipimo vya ziada vya anga katika ulimwengu wa macroscopic kunafafanuliwa kwa njia mbili:
- Kusawazisha kwa vipimo, ambavyo vimepindishwa hadi ukubwa ambapo vitalingana na mpangilio wa urefu wa Planck;
- Ujanibishaji wa idadi nzima ya chembe zinazounda Ulimwengu wenye sura nyingi kwenye "karatasi ya Ulimwengu" yenye miraba minne, ambayo inafafanuliwa kama aina mbalimbali.
Uhesabuji
Makala haya yanajadili dhana ya nadharia ya loop quantum gravity kwa dummies. Mada hii ni ngumu sana kuelewa katika kiwango cha hisabati. Hapa tunazingatia uwakilishi wa jumla kulingana na mbinu ya maelezo. Aidha, kuhusiana na nadharia mbili "zinazopingana".
Ili kuelewa nadharia ya uzi vyema zaidi, ni muhimu pia kujua kuhusu kuwepo kwa mbinu ya ukadiriaji ya msingi na ya upili.
Ukadiriaji wa pili unatokana na dhana za uga wa uzi, yaani utendakazi wa nafasi ya vitanzi, ambayo ni sawa na nadharia ya sehemu ya quantum. Utaratibu wa mbinu ya msingi, kupitia mbinu za hisabati, huunda maelezo ya mwendo wa masharti ya mtihani katika nyanja zao za nje. Hii haiathiri vibaya mwingiliano kati ya kamba, na pia inajumuisha uzushi wa kuoza kwa kamba na umoja. Mbinu ya msingi ni kiunga kati ya nadharia za mfuatano na madai ya nadharia ya uga ya kawaida kwenyeuso wa dunia.
Supersymmetry
"kipengele" muhimu zaidi na cha lazima, na vile vile "kipengele" halisi cha nadharia ya uzi ni ulinganifu wa hali ya juu. Seti ya jumla ya chembe na mwingiliano kati yao, ambayo huzingatiwa kwa nguvu kidogo, inaweza kuzaliana sehemu ya kimuundo ya Modeli ya Kawaida kwa karibu kila aina. Sifa nyingi za Muundo wa Kawaida hupata maelezo ya kifahari katika suala la nadharia ya uzi, ambayo pia ni hoja muhimu kwa nadharia hiyo. Walakini, hakuna kanuni bado ambazo zinaweza kuelezea hii au kizuizi cha nadharia za kamba. Machapisho haya yanafaa kufanya uwezekano wa kupata muundo wa ulimwengu unaofanana na modeli ya kawaida.
Mali
Sifa muhimu zaidi za nadharia ya uzi ni:
- Kanuni zinazobainisha muundo wa Ulimwengu ni mvuto na mechanics ya ulimwengu wa quantum. Ni vipengele ambavyo haviwezi kutenganishwa wakati wa kuunda nadharia ya jumla. Nadharia ya mfuatano hutekeleza dhana hii.
- Tafiti za dhana nyingi zilizositawi za karne ya ishirini, ambazo hutuwezesha kuelewa muundo msingi wa ulimwengu, pamoja na kanuni zake nyingi za uendeshaji na maelezo, zimeunganishwa na zinatokana na nadharia ya uzi.
- Nadharia ya mfuatano haina vigezo visivyolipishwa ambavyo ni lazima virekebishwe ili kuhakikisha makubaliano, kama inavyohitajika katika Muundo Wastani, kwa mfano.
Kwa kumalizia
Kwa maneno rahisi, mvuto wa kitanzi cha quantum ni njia mojawapo ya kutambua ukweli kwambainajaribu kuelezea muundo wa msingi wa ulimwengu katika kiwango cha chembe za msingi. Inakuruhusu kutatua shida nyingi za fizikia zinazoathiri shirika la jambo, na pia ni ya moja ya nadharia zinazoongoza ulimwenguni. Mpinzani wake mkuu ni nadharia ya kamba, ambayo ni ya kimantiki, kutokana na taarifa nyingi za kweli za mwisho. Nadharia zote mbili hupata uthibitisho wao katika nyanja mbalimbali za utafiti wa chembe msingi, na majaribio ya kuchanganya "dunia ya quantum" na mvuto yanaendelea hadi leo.
