Нужен ли Вселенной фон или наоборот?

Не раз мы утверждаем, что та или иная область Земли или космоса загадочна. На самом деле Вселенная остается загадочной везде, на всех уровнях и во всех отношениях. И его величайший секрет заключается в отсутствии последовательности и преемственности между самым большим и самым маленьким, очень далеким и очень близким. По крайней мере, мы так думаем.

теория Ньютона дает нам довольно хорошее объяснение движения планет. Однако давно было замечено, что движение Меркурия не следует строго его предсказаниям. Ученые попытались подойти к этому вопросу, обратившись к объяснению, которое использовалось для объяснения аномалии в движении Урана, которая в конечном итоге привела к открытию Нептуна. Постулировалось существование планеты даже ближе к Солнцу, чем Меркурий (Вулкан) или какое-то облако материи. Все за ничего. Почему? Правильное решение проблемы Меркурия приносит только общая теория относительности. Итак, у нас есть первый сигнал, который то, что в одном месте можно объяснить на основе ньютоновской, в другом заставляет искать совершенно новую физику.

невыносимая несовместимость

Все гипотезы, выдвинутые до сих пор в рамках Теория гравитации Эйнштейна подтверждены экспериментально. Мы зафиксировали как отклонение от прямолинейного пути электромагнитных волн вблизи больших масс, так и гравитационное замедление времени вблизи звезд, гравитационное красное смещение для видимого света и микроволнового фонового излучения, измерение кривизны пространства в окрестности Земли, увлечение пространство вихрем Земли, эквивалентность масс инерционно-гравитационным или гравитационным линзированием.

Однако есть серьезная проблема — общая теория относительности кажется несовместимой с квантовая механика. Обе теории существуют бок о бок, но разделены с нашей точки зрения. Квантовая механика не принимает во внимание теорию относительности, и тем не менее она логически непротиворечива. Теория Эйнштейна, в свою очередь, не нуждается в понятии кванта, и даже более того — она представляется достаточно устойчивой к предпринятым до сих пор попыткам квантования гравитации.

В физике микромира время и пространство лишь бездействующий фон, рамки, наполненные динамикой элементарных частиц. В макрофизике пространство-время является активной структурой, влияющей на динамику материи. Для физиков эта ситуация синонимична когнитивно-теоретический кризисони уже давно пытаются преодолеть. Они мечтают спланировать и провести такой эксперимент, который однозначно показал бы, что пространство-время влияет на поведение элементарных частиц и квантов известных физических взаимодействий.

Одной из величайших современных научных задач является попытка примирить противоречия, наблюдаемые в физике, и объединить ее в непрерывную теорию всего, от самых маленьких до самых огромных вещей. Никакая информация не может двигаться быстрее света, но в квантовой механике, описывающей явления в микромире и принципиально отличной от классической механики, такого рода допущение уже не столь категорично.

И все же это связывает

Однако, по мнению многих ученых, утверждение о несовместимости квантовой механики с теорией относительности неверно. Сочетание специальной теории относительности с квантовой механикой привело к ее созданию несколько десятилетий назад. квантовая теория полякоторые легли в основу нашего описания мира элементарных частиц. Благодаря ему мы можем предсказать результаты многих экспериментов, проведенных на ускорителях этих частиц, и не наблюдаем никаких отклонений от предсказаний современной теории сильных и электрослабых взаимодействий, хотя хотелось бы открыть что-то новое.

Сочетание релятивистской теории гравитации с квантовой теорией поля действительно возможно в рамках так называемого эффективная теория поля. С его помощью можно, например, рассчитать влияние обмена виртуальными гравитонами («частицами» гравитационного поля) на вероятности различных квантовых процессов. Однако эти эффекты, как правило, очень незначительны, и мы фактически не можем наблюдать их в экспериментах, проводимых на Земле. Квантовая гравитация становится действительно важной только внутри черных дыр или на самых ранних стадиях эволюции Вселенной, в так называемых Планковская эпоха.

История Вселенной от Большого Взрыва

Часто встречающиеся в литературе мнения о несовместимости общей теории относительности с квантовой механикой связаны с тем, что эффективные теории поля имеют ограниченную область применения. У них есть параметр, обозначаемый в научных описаниях как Λ — соответствующий энергии. Если энергия сталкивающихся частиц в системе их центра масс много больше Λ, то эффективная теория не позволяет теоретического описания такого эксперимента. В случае эффективно описываемых взаимодействий квантовой гравитации имеем Λ = Mpc², где c — скорость света, а Mp — так называемая Масса Планка примерно на девятнадцать порядков превышает массу протона. Столкновения частиц с такими энергиями могли быть важны в вышеупомянутых ситуациях, т.е. внутри черных дыр или в начале Вселенной.

Какой путь является путем к объединению

Таким образом, в заключение получается, что квантовая теория может следовать за специальной теорией относительности, а при умеренных энергиях принимает форму релятивистской квантовой теории поля. Конкретными примерами таких теорий являются: квантовая электродинамика, квантовая хромодинамика, стандартная модель элементарных частиц или теории ТВО (Великое Объединение). Квантовая теория, согласующаяся с требованиями не только специальной теории относительности, но и общей теории относительности (релятивистской теории гравитации), может, по мнению некоторых исследователей, иметь вид суперсимметричная теория в одиннадцатимерном пространстве с некоммутативной геометрией (так называемая М-теория) или какой-то ее вариант теория суперструн в десятимерном пространстве, а может teorii bran в пространстве, например пятимерное. Возможно, вовсе нет!

Эйнштейн утверждал, что геометрия пространства изменчива и динамично развивается, изменяясь во времени точно так же, как движущаяся материя. В нем вибрируют гравитационные волны, которые трудно уловить, но только недавно удалось. При таком подходе гравитацию следует понимать как проявление динамической геометрии пространства-времени. Если мы объединим квантовую теорию с гравитацией в зависимости от фона, мы будем иметь дело с вышеупомянутой теорией струн. А если оно не зависит от фона, то речь идет о петлевая квантовая гравитация. И именно в этой теории видятся самые большие надежды на связь теории относительности с квантовой теорией.

Прогресс в изучении квантовой гравитации произошел с открытием энтропии черных дыр и открытием того, что температура этих сингулярностей обратно пропорциональна их массе. По мнению многих ученых, именно здесь лежит ключ к квантовой гравитации. Если мы поймем, что черная дыра — это полностью квантовое творение (поэтому мы отвергаем классический, постоянный фон), то энтропия этой системы, ее обратная температура и излучение ответят на все наши вопросы, в том числе и на вопрос ТВО, т.е. Объединение.

Великое Объединение, с другой стороны, есть глубина глубин и таинство тайн, которые мечтает познать каждый, кого беспокоит нынешнее отсутствие преемственности в физических теориях. Когда мы доберемся до этой великой тайны и универсальной физики всего, у нас будут ответы на все вопросы, которые мы задаем сейчас. Через мгновение мы зададим новые вопросы, о которых сейчас даже подумать не можем…