En que el conflicto de la TGR y la mecánica cuántica

A pesar de nuestros éxitos en la descripción del funcionamiento de los mecanismos internos de el universo, en nuestro conocimiento están abiertos algunos agujeros. Donde la teoría de la gran unificación o teoría general de todo? ¿Por qué la teoría general de la relatividad de einstein contraria a la mecánica cuántica? ¿Por qué estamos con todo esto queremos combinar los dos?

Casi todo lo que sabemos acerca de la física, se puede poner en dos del lavabo. En el mismo se la mecánica cuántica, a partir de la cual hemos desarrollado un modelo que incluya todas las partículas fundamentales que nos encontramos, así como tres de las cuatro interacciones: el electromagnetismo, los débiles y los puntos fuertes de la fuerza nuclear.

En otro cuenca est эйнштейновская teoría general de la relatividad, que describe la cuarta fuerza, la gravedad, y nos da los agujeros negros, la expansión del Universo y la posibilidad de viajes en el tiempo.

Pueden estos los lavabos de unirse en uno? Estamos a menudo decimos que la teoría general de la relatividad no funciona con la mecánica cuántica. Cercano de la gente en absoluto dicen que "einstein estaba equivocado" y empiezan a sacar conclusiones, "y eso significa que la velocidad de la luz no es mayor". ¿Por qué es así?

De antemano notaremos que hasta el momento nadie sabe cómo es la mecánica cuántica y la teoría general de la relatividad se unen en la teoría de la gravedad cuántica". Y aunque hay algunas ideas interesantes, sobre las que trataremos de contar, para empezar, ¿por qué es necesaria la teoría de la gravedad cuántica.

De los dos reinos
La mecánica cuántica y la teoría de la relatividad operan en completamente diferentes escalas. La mecánica cuántica, por ejemplo, no se conoció la ciencia de tanto tiempo ya, que adquiere importancia sólo en la atómicos escala. Si usted es inteligente, usted puede imaginar, cuando la mecánica cuántica controla el destino de los gatos, pero esto sería un ejemplo de una exageración.

La relatividad, por otro lado, es importante sólo en los fuertes campos gravitacionales. El tiempo, por ejemplo, se ralentiza cerca de la superficie de la Tierra en comparación con el tiempo lejano del cosmos; la luz искривляется alrededor de cúmulos de galaxias. A estos efectos, en gran medida, se ignoran si sólo no estamos hablando de la superficie de las estrellas de neutrones y similares cosas. En otras palabras, la teoría general de la relatividad se aplica dentro del cosmos y sus efectos se miden en una escala adecuada de la estrella a todo el universo.

Sin embargo, existen muy interesantes de los rincones del espacio-tiempo, donde la TGR y квантмех se enfrentan.

Los agujeros negros, como regla, son excelentes астрофизическими los laboratorios, en primer lugar, porque, al mismo tiempo, son pequeños y tienen un potente campo gravitatorio. Los primeros intentos de establecer la conexión cuántica de la gravitación y los efectos se han manifestado en las fronteras de los agujeros negros en forma de la famosa radiación de hawking, que es totalmente испарит cualquier agujero negro (de квадриллионы años) y dará lugar a la inevitable de la muerte térmica del Universo.

En el exterior tenemos todo bien. Pero a medida que avanzamos más y más en el centro de un agujero negro, tenemos cada vez menos conocimientos sobre cómo funciona la física de la realidad.

La singularidad
Tan pronto como se le cae algo en un agujero negro en el horizonte de sucesos, no sólo no puede salir, pero va inexorablemente засосано en el interior. El resultado es que en el mundo con el único rey de la gravedad, todo lo que cae en un agujero negro, se contrae en el infinitamente pequeño e infinitamente denso буквальную punto, llamado singularidad. El momento de la Gran explosión, el mismo problema: era increíblemente alta densidad (debido a la fuerte gravedad), encerrado en un espacio muy pequeño. En el primer momento, como se supone infinitamente pequeño espacio.

Nunca hemos visto a la así llamada "singularidad desnuda" directamente (y hay motivos para creer que la veremos nunca), que no es muy bueno para la comprensión de este fenómeno, pero bastante bien desde el punto de vista de no ser rota bajo la influencia de la marea de las fuerzas gravitacionales.

El patrón de la teoría general de la relatividad se deriva el hecho de que los núcleos de los agujeros negros, literalmente, tienen cero radio, pero la mecánica cuántica dice algo completamente diferente. En la mecánica cuántica es el "principio de incertidumbre", que, adicionalmente, se establece que usted nunca será capaz de determinar la posición exacta de algo. En la práctica, esto significa que, incluso en lo que llamamos "partículas" no puede ser arbitrariamente pequeño. Según la mecánica cuántica, la masa, por ejemplo, nuestro Sol no puede ser encerrado en un área menor que la 10-73 pm

Infinitamente pequeña, pero no cero.

Si esto era lo único choque entre la mecánica cuántica y la gravedad (sí, muchos de ustedes ya lo sabían), se puede perdonar a la gente a la frustración de la magnitud del problema. Pero el más grave conflicto entre квантмехом y la TGR comienza más profundo que 10-73 pm

Clásica y cuántica de la teoría de
Teoría general de la relatividad se conoce como la teoría clásica de campos que describe el universo como una distribución continua de los números de una cifra exacta, si sus herramientas son lo suficientemente precisas para medir, que le dirá todo acerca de la curvatura del espacio y el tiempo. Кривизы, a su vez, proporciona información detallada acerca de la distribución y el movimiento de la masa y la energía. Como decía john wheeler:

"La masa dice al espacio-tiempo, como искривляться, mientras que el espacio-tiempo le dice a la masa, como el movimiento".
Pero la teoría cuántica de una forma completamente diferente. En la teoría cuántica de las partículas interactúan, enviando entre sí las partículas. La electricidad, por ejemplo, envía fotones entre las partículas cargadas, una fuerte interacción intervienen глюоны, y la falta de — W - y Z-бозоны.

Aun no es necesario bucear en un agujero negro, para ver el conflicto entre la clásica y la cuántica teorías. Veamos el famoso experimento de las dos ranuras". El haz de electrones (o de fotones, o de otras partículas) pasa a través de la pantalla con dos finas ranuras en él. Debido a la cuántica de la incertidumbre, no se puede predecir, a través de qué tipo de grietas que se pase el electrón. Y se pasa de inmediato a través de dos ranuras. Es como un engaño, pero en el contexto de la gravedad es aún más raro. Si el electrón pasa a través de una hendidura, con toda seguridad, crea un campo gravitacional, diferente a la que se produce al pasar a través de la otra ranura.

Para que todo sea aún más extraño, cuando te das cuenta de que, de acuerdo a un experimento wheeler con el retraso de la selección, es posible configurar el experimento de modo que cuando usted ya inicie, usted será capaz de observar retrospectivamente el sistema y hacer que el electrón al pasar a través de una o la otra ranura (aunque usted no puede elegir a través de qué).

El mundo de la gravedad debe ser totalmente determinista, pero la mecánica cuántica — todo lo contrario.

Hay otro problema profundo. A diferencia de la electricidad, que sólo afecta a las partículas cargadas, la gravedad afecta a todos. Todas las formas de la masa y la energía interactúan con la gravedad y crean campos de gravedad. Y a diferencia de la electricidad, no existe negativa de la masa, que le había llevado menos no positiva.

Podemos imaginar la teoría cuántica de la gravedad, en principio. Como con otras fuerzas, se partícula-mediador llamado gravitón, que sufría sería la señal.

Podríamos dar más pequeños de la magnitud y de ver como cada vez más virtuales gravitacional se escabullen entre las partículas. El problema es que en menor escala aumentan la energía. El núcleo de un átomo requiere más energía para romper en parte, que la extracción de un electrón de su órbita, por ejemplo.

A pequeña escala, roy высокоэнергетических virtuales gravitacional se va a producir increíblemente densa de la energía, y aquí es donde comienzan los problemas. La gravedad como debe observar todas las formas de energía, pero aquí vamos a producir un número infinito de высокоэнергетических de las partículas que van a crear un poderoso campo gravitacional. Tal vez usted ve, en la que la complejidad. Al final del día, todos los cálculos утыкаются en un montón de бесконечностей, витающих alrededor.

En электромагнетизме y otros cuántica de las interacciones de cálculo comienzan a tropezar en muy pequeña escala, conocidos como "планковская de longitud, a unos 10-35 m — mucho menor que el del átomo. Homenaje a la tradición, tenga en cuenta que la física no tienen ni idea de cómo funciona la física en la escala de menos планковской de longitud. En estas escalas, dice la mecánica cuántica, se pueden producir agujeros negros, allí reina el azar, y el propio espacio-tiempo cubierto por la ondulación, cuando usted está viendo en él tan cerca. Allí brave new world.

Tratamos de evitar los enfrentamientos de las teorías a través de un proceso conocido como "перенормировка". Перенормировка es simplemente una manera divertida de expresar lo que llevamos de cálculo hasta un determinado nivel de zoom, y luego estalla. Esto le permite deshacerse de бесконечностей en la mayoría de las teorías y respirar tranquilo. Dado que la mayoría de las fuerzas incluyen sólo las diferencias entre las dos energías, no tiene un significado especial, calcule usted completa un número o no.

Sin embargo, no todo es tan optimista miraban esto. El gran richard feynman, comentó:

"Es un juego que jugamos, técnicamente se llama "перенормировка". Pero qué inteligente de la palabra no se llamaba, creo, es delirante proceso. La necesidad de recurrir a este enfoque-покусу, no podemos demostrar, incluso a sí misma, que la teoría de la electrodinámica cuántica matemáticamente es autosuficiente. Es increíble lo que esta autonomía no se ha demostrado hasta la fecha, y sospecho que перенормировка no es matemáticamente legítima."

Bajaremos estas objeciones. Las cosas se ponen aún peor cuando hablamos de la gravedad. El caso es que ya que (a diferencia de las del electromagnetismo) la gravedad afecta a todas las partículas infinitas de energía serán significar diferentes curvas. Перенормировка incluso en el mejor de los casos, no va. No nos libraremos de бесконечностей.

Lo que sabemos?
No tenemos una teoría cuántica de la gravedad, pero hay algunas ideas acerca de cómo debe ser el éxito de la teoría. Por ejemplo, debe ser gravitón, y a medida que la gravedad, parece que se extiende a todo el espacio, el gravitón (como el fotón) debe ser безмассовым. Los vectores de la masa (como W - y Z-бозоны) se aplican sólo a una corta distancia.

Pero eso no es todo. Resulta que hay un único punto de contacto entre la clásica y la teoría cuántica. Por ejemplo, el electromagnetismo generan cargas eléctricas y corrientes. Fuentes matemáticamente se describe como vectores, y se aclara que los vectores generan una partícula de intermediario con el espino 1. Resulta intermediarios con un número impar espino se producen fuerzas que se repelen las mismas partículas. Y, de hecho, dos de los electrones se repelen entre sí.

La TGR, por otro lado, es conocida como "la тензорная teoría", porque en ella hay todo tipo de fuentes relativas a la presión, el flujo y la densidad de distribución de energía. Cuánticos versión тензорной teoría tendrán las partículas de intermediarios con el espino 2. Como saben, el reiterada será un spin 2. Y como podéis suponer, estas partículas a atraer. Curiosamente, las partículas se atraen гравитационно.

Sabemos poco acerca de cómo debería ser гравитоны. Pero qué hacer con todos estos бесконечностями, nadie lo sabe.

Fuente: brainswork.ru