Joseph Polchinsky, a kaliforniai Santa Barbara Egyetem elméleti fizikusa megbecsülte a gravitációs kvantumelmélet létrehozásának befejezésének évét. A tudós szerint ez 2131-ben fog megtörténni, és a húr elméletén fog alapulni, amelyet a modern fizikusok és matematikusok túlnyomó többsége elismer, az egyetlen jelöltet az „mindent elmélet” szerepére. Polchinsky, az Jurij Milner orosz vállalkozó által alapított alapvető fizika-díj kitüntetettje az arXiv.org weboldal egy előzetes nyomtatványában vázolta a megfontolásait.
A fejlesztés során a fizika egyre kisebb távolság-skálákat és egyre nagyobb energiájú skálakat vizsgált meg. A 20. század elején a tudósok megkaptak első ötleteiket az atomi méretekben előforduló jelenségekről. Mostantól a fizikusok tíz skálától a centiméter mínusz tizenhetedik teljesítményig terjedő skálákhoz férhetnek hozzá, amelyek megfelelnek a Nagy hadron ütközőn végzett kísérleteknek, amelyek lehetővé tették a Higgs-bozon felfedezését. Összevetve a fizika fejlõdési szakaszát és ütemét a XX. És a XXI. Század elején, Polchinsky azt jósolta, hogy 2131-re végül megfogalmazódik a gravitáció kvantumelmélete. Ennek érdekében a tudós megvizsgálta a fizika fejlődését az elmúlt százszáz éves évben, és összehasonlította bizonyos energiaskálák emberiségének eredményeit az esemény idejével.
1899-ben a német Max Planck német fizikus figyelembe vette az általa elnevezett hosszúságot, amely alapvető állandókból áll (Planck állandó, gravitációs állandó és a fénysebesség vákuumban), és tíz-mínusz harmincharmadik centiméter erejével egyenlő. Jelenleg ezt az értéket elérhetetlen skálanak tekintik azoknak a modern kísérleteknek, amelyekben húros elmélet működik. A logaritmikus skálán tíz centiméter skála a centiméter mínusz tizenhetedik teljesítményéhez mínusz a távolság közepének felel meg. Ennek megfelelően a "mindent elmélet" létrehozása előtt ugyanannyi idő marad, mint a 116 év telt el a Planck hosszúság tudományba való bevezetése óta.
Hossz skála.
A Planck hosszúságának kicsije Polchinsky szerint lehetővé teszi az interakciók szükséges "elkenését", megmagyarázva a gravitációs elmélet nem renormalizálhatóságát (az eltérések kiküszöbölésének lehetetlenségét). Így az SM és az általa leírt három alapvető interakció (elektromágneses, gyenge és erős) renormalizálható, míg a naiv kvantálással kapott kvantitatív gravitáció (azaz ugyanolyan recept szerint, mint a klasszikus teoretikus elmélet), már a perturbáció elmélet második sorrendjében kiderül divergens.
Polchinsky szerint a Planck skálán a tér-idő ingadozások jelentőssé válnak. Ezek képezik az úgynevezett tér-idő habot, és biztosítják a kvantitatív gravitáció naiv változatának megfigyelt eltérését. Történelmi példaként a tudós az Enrico Fermi elméletét idézi, amely kvalitatívan jól leírta a gyenge kölcsönhatást, de nem volt renormalizálható.
Csak azután, hogy Steven Weinberg, Sheldon Glashow és Abdus Salam elkészített egy renormalizálható elektromos fénysugár-elméletet, amely ötvözi az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatásokat, és bevezetett köztes elektromos fénysugár-bozonokat, egyértelművé vált, hogy Fermi elmélete egy alacsonyabb energiájú közelítés egy másik, általánosabb modellhez (ebben az esetben az elektromos fénnyel). … Polchinsky úgy véli, hogy ugyanez történik a kvantum gravitációval.
Joseph Polchinsky.
Promóciós videó:
Polchinsky a húrelmélet dinamikájának egyediségét csak a természet leírásához szükséges paraméter - az úgynevezett karakterlánc állandó - jelenlétével kapcsolja össze. Eközben a tudós szerint a „mindent elméletnek” jelenleg nincs egységes alapelve (első alapelve), amely lehetővé tenné annak deduktív módon történő levezetését. Az általános relativitáselmélethez létezik egy ilyen elem: a gravitációs mező és a gyorsulással történő mozgás közötti helyi egyenértékűség elve. Ennek a kezdeteknek a klasszikus példája a liftben található. A Földhöz képest egyenletesen felgyorsított felfelé irányuló mozgásával a megfigyelő nem képes meghatározni, hogy erősebb gravitációs mezőben van-e, vagy egy ember által létrehozott tárgyban mozog-e.
Polchinsky cikkében megemlíti a kvantumingadozások fontosságát a húrelméleti egyenletek megoldásában. Annak ellenére, hogy a kvantummező-elmélet és az általános relativitáselmélet modern egyenletei jól leírják a megfigyelt világot a rendelkezésre álló kísérleti skálán, módosíthatók, amelyek nem ellentétesek ezen elméletek első alapelveivel. Időközben ez olyan hatásokhoz vezet, amelyeket eddig nem figyeltek meg, és amelyek a Planck-skálán jelentősek.
Polchinsky olyan módosításokra utal, mint a magasabb derivatív kifejezések bevezetése a kvantummező-elmélet egyenleteire (jelenleg csak a mezők első deriváltjai vannak kvadratikus kifejezésekkel), valamint a tér-idő görbületében kvadratikus kifejezések hozzáadása az Einstein-egyenletekhez GR-ben. Ezek a kiegészítések ahhoz vezetnek, hogy figyelembe kell venni a tér-idő hab ingadozásait, amelyek a húr-elmélet előrejelzései szerint a Planck-skálán léteznek.
Kvantumhab.
Polchinsky a tükör-szimmetria példájával magyarázza a tér szerepét a húr elméletében, amely lehetővé teszi Eugenio Calabi és Shintana Yau különféle sokaságainak létezését, amelyek a különböző terekből tömörítve (rendkívül kis kiegészítő térbeli méretekre hajtogatva) az elemi részecskék azonos tulajdonságaihoz vezethetnek. … Ez (a további térbeli méretek létezésének lehetőségével együtt) arra enged következtetni, hogy a megfigyelt fizika a tér-idő többdimenziós geometriájának és struktúrájának a megnyilvánulása a Planck-skálán.
A holográfiaként értelmezett mérési elméletek és a kvantum gravitáció kettőssége Polchinsky szerint lehetővé teszi a részecskefizika és a gravitáció egységes leírását. A holografikus elv, amelyet Gerard t'Hooft holland fizikus 1993-ban javasolt, azt állítja, hogy a külsõ határán (sugáron) található információ elegendõ egy világ matematikai leírásához: ebben az esetben a magasabb dimenziójú objektum elképzelése hologramokból származhat, alacsonyabb dimenziójúak.
A húrelméletre alkalmazva ezt az elvet az AdS / CFT levelezés ötletében öltötték meg, amelyet 1998-ban rámutatott az argentin eredetű amerikai elméleti fizikus, Juan Maldacena. Ebben a hipotézisben a speciális terekben a fizika leírásának egyenértékűsége paraméterek - kettősségek - közötti egyedi kapcsolatokhoz vezet. Matematikailag ez egy kapcsolat jelenlétében nyilvánul meg, amely lehetővé teszi az egyik elmélet részecskéinek (vagy húrjainak) interakcióinak paramétereinek kiszámítását, ha az ismeretes a másik számára.
A holografikus univerzum.
Polchinsky összekapcsolja a fekete lyukak fizika megértésének haladását azzal, hogy 1996-ban Andrew Strominger és Kumrun Wafa a húros elmélet keretében demonstrálta a fekete lyukak entrópiájának kifejezésének származékát, amelyet termodinamikailag először Jacob Bekenstein, az izraeli fizikus 1973-ban kapott. Következtetésük azt jelzi, hogy a fekete lyukak elpárologtatása megőrzi a kvantummechanika egységét (a valószínűség következetes értelmezésével társítva), amelyet korábban Stephen Hawking brit tudós megkérdőjelezte.
Polchinsky szerint a megfigyelt alapvető állandók értékének önkényessége, bár ez komoly nehézségeket okoz az „mindent elméletében”, mindazonáltal tisztázhatja a természet néhány univerzális tulajdonságát (különösen a Multiverse létezését). A tudós a kozmológiai állandó (a lambda kifejezés Einstein egyenleteiben) nulla értékét nevezte meg fõ tulajdonságának, amely elméletileg jelzi a párhuzamos világok létezését. A tudós szerint a vonós elméletek túlnyomó többsége a Multiverse-t foglalja magában. Ezek a modellek nem nulla kozmológiai állandót tartalmaznak. Vagyis Polchinsky szerint az egyik nem létezhet a másik nélkül. Ezenkívül a Bayes-féle következtetést alkalmazva a fizikus 94% -ra becsülte meg a multiverse létezésének valószínűségét (ez két standard eltérés statisztikai jelentőségének felel meg).
"Lehet, hogy nem ért egyet a 94 százalékos becslésemmel, de nincs ésszerű érv, miszerint a multiverse nem létezik, vagy hogy ez valószínűtlen" - írja Polchinsky. A tudós optimista a kvantitatív gravitáció megfogalmazásának kilátásaival kapcsolatban (a húros elmélet keretein belül), továbbra is ebben az irányban dolgozik, és nem zárja ki, hogy egy „mindent elmélet” felépítése az ütemezés előtt befejeződik - korábban, mint az ő által előrejelzett 2131-es év.
Andrey Borisov