Петльова квантова гравітація
Відео: Дмитро Казаков - Квантова гравітація
Петльова квантова гравітація - одна з теорій квантової гравітації.
Історія виникнення
Родоначальниками «петлевий квантової теорії гравітації» в 80-і роки XX століття є Лі Смолін, Абей Аштекар, Тед Джекобсон і Карло Ровеллі. Відповідно до цієї теорії, простір і час складаються з дискретних частин. Ці маленькі квантові осередки простору певним способом з`єднані один з одним, так що на малих масштабах часу і довжини вони створюють строкату, дискретну структуру простору, а на великих масштабах плавно переходять в безперервне гладке простір-час.
Петльова гравітація і фізика елементарних частинок
Одним з переваг петлевий квантової теорії гравітації є природність, з якою в неї отримує своє пояснення Стандартна модель фізики елементарних частинок.
У своїй статті 2005 року, С. Більсон-Томпсон (Sundance Bilson-Thompson) запропонував модель (мабуть, засновану на більш загальної теорії Бред (математичних кіс) М. Хованова), в якій Рішон Харарі (Harari) були перетворені в протяжні лентообразние об`єкти, звані риббона. Потенційно це могло б пояснити причини самоорганізації субкомпонентов елементарних частинок, що призводять до виникнення колірного заряду, в той час як в попередній преонов (Рішон) моделі базовими елементами були точкові частинки, а колірний заряд постулював. Більсон-Томпсон називає свої протяжні ріббони «Гелон», а модель - Гелон. Дана модель призводить до інтерпретації електричного заряду як топологічної сутності, що виникає при перекручуванні ріббонов.
У другій статті, опублікованій Більсона-Томпсоном в 2006 р спільно з Ф. Маркополя (Fotini Markopolou) і Л. Смоліним (Lee Smolin) припустили, що для будь-якої теорії квантової гравітації, що відноситься до класу петльових, в яких простір-час квантоване, збуджені стани самого простору-часу можуть грати роль преонов, що призводять до виникнення стандартної моделі як емергентному властивості теорії квантової гравітації.
Таким чином, Більсон-Томпсон зі співавторами припустили, що теорія петлевий квантової гравітації може відтворити Стандартну модель, автоматично об`єднуючи всі чотири фундаментальні взаємодії. При цьому за допомогою преонов, представлених у вигляді Бред (переплетень волокнистого простору-часу) вдалося побудувати успішну модель першого покоління фундаментальних ферміонів (кварків і лептонів) з більш-менш правильним відтворенням їх зарядів і парності.
У вихідній статті Більсона-Томпсона передбачалося, що фундаментальні ферміони другого і третього поколінь можуть бути представлені у вигляді більш складних Бред, а ферміони першого покоління представляються найпростішими з можливих Бред, хоча конкретних уявлень складних Бред не давалося. Вважається, що електричний і колірний заряди, а також парність частинок, що належать до поколінням більш високого рангу, повинні виходити точно таким же чином, як і для частинок першого покоління. Використання методів квантових обчислень дозволило показати, що такого роду частинки стійкі і не розпадаються під дією квантових флуктуацій.
Стрічкові структури в моделі Більсона-Томпсона представлені у вигляді сутностей, що складаються з тієї ж матерії, що і сам простір-час. Хоча в статтях Більсона-Томпсона і показано, як з цих структур можна отримати ферміони і бозони, питання про те, як за допомогою бредінг можна було б отримати бозон Хіггса, в них не обговорюється.
Л. Фрейдель (L. Freidel), Дж. Ковальський-Глікман (J. Kowalski-Glikman) і А. Стародубцев в своїй статті 2006 року висловили припущення, що елементарні частинки можна представити за допомогою ліній Вільсона гравітаційного поля, маючи на увазі, що властивості частинок (їх маси, енергії і спини) можуть відповідати властивостям петель Вільсона - базовим об`єктам теорії петлевий квантової гравітації. Цю роботу можна розглядати в якості додаткової теоретичної підтримки преонов моделі Більсона-Томпсона.
Використовуючи формалізм моделі спінової піни, що має безпосереднє відношення до теорії петлевий квантової гравітації, і базуючись лише на вихідних принципах останньої, можна також відтворити і деякі інші частинки Стандартної моделі, такі як фотони, глюони і Гравітон - незалежно від схеми Бред Більсона-Томпсона для ферміонів . Однак, станом на 2006 рік, за допомогою цього формалізму поки не вдалося побудувати моделі гелонів. У моделі гелонів відсутні Бред, які можна було б використовувати для побудови бозона Хіггса, але в принципі дана модель не заперечує можливості існування цього бозона у вигляді якоїсь композитної системи. Більсон-Томпсон зазначає, що, оскільки частинки з великими масами в основному мають більш складну внутрішню структуру (враховуючи також перекручування Бредом), то ця структура можливо має відношення до механізму формування маси. Наприклад, в моделі Більсона-Томпсона структура фотона, що має нульову масу, відповідає неперекрученним Бред. Правда, поки залишається неясним, чи відповідає модель фотона, отримана в рамках формалізму спінової піни, фотону Більсона-Томпсона, який в його моделі складається з трьох незакрученних ріббонов (можливо, що в рамках формалізму спінової піни можна побудувати кілька варіантів моделі фотона).
Спочатку поняття «преонов» використовувалося для позначення точкових субчастиц, що входять в структуру ферміонів з половинною спіном (лептонів і кварків). Як уже згадувалося, використання точкових частинок призводить до парадоксу маси. У моделі Більсона-Томпсона ріббони не є «класичними» точковими структурами. Більсон-Томпсон використовує термін «преонов» для збереження наступності в термінології, але позначає за допомогою цього терміна більш широкий клас об`єктів, які є компонентами структури кварків, лептонів і калібрувальних бозонів.
Важливим для розуміння підходу Більсона-Томпсона є те, що в його преонов моделі елементарні частинки, такі як електрон, описуються в термінах хвильових функцій. Сума квантових станів спінової піни, що мають когерентні фази, також описується в термінах хвильової функції. Тому можливо, що за допомогою формалізму спінової піни можна отримати хвильові функції, відповідні елементарним часткам (фотонам і електронів). В даний час об`єднання теорії елементарних частинок з теорією петлевий квантової гравітації є досить активною областю досліджень.
У жовтні 2006 р Більсон-Томпсон модифікував свою статтю, відзначаючи, що, хоча його модель і була інспірована преонов моделями, але вона не є преонов в строгому сенсі цього слова, тому топологічні діаграми з його преонов моделі, швидше за все, можна використовувати і в інших фундаментальних теоріях, таких як, наприклад, М-теорія. Теоретичні обмеження, що накладаються на преонов моделі, незастосовні до його моделі, оскільки в ній властивості елементарних частинок виникають не з властивостей субчастиц, а з зв`язків цих субчастиц один з одним (Бред). Однією з можливостей є, наприклад, «вбудовування» преонов в М-теорію або в теорію петлевий квантової гравітації.
