Рубрики
У нас есть все основания полагать, что гравитация является, по сути, квантовой теории. Но, как мы это докажем раз и навсегда? Об этом рассказывает профессор. Доктор Сабрина Hossenfelder, физик-теоретик, специалист по квантовой гравитации и физики высоких энергий. Далее, от первого лица.
Если у вас есть хороший вид, от мельчайших объектов можно увидеть будет составлять примерно одну десятую миллиметра: о ширине человеческого волоса. Добавить технологии, и мельчайшие структуры мы можем измерить Текущее время было примерно 10-19 м, длина волны сталкивающихся протонов в адронном коллайдере. Нам потребовалось 400 лет, чтобы перейти от самых примитивных микроскоп для строительства танка улучшается на 15 порядков на протяжении четырех веков.
Квантовые эффекты гравитации считаются, которые актуальны в масштабе на расстоянии около 10-35 метров, известный как Планковская длина. Это путь назад, в 16 порядок или иной фактор в 1016 с точки зрения энергии столкновения. Это заставляет задуматься, если это еще возможно или все усилия в попытке найти квантовую теорию гравитации всегда будет оставаться досужие вымыслы.
Я оптимист. История науки полна людей, которые думают, что многое было невозможно, но реальность такова, наоборот: измерения отклонения световых лучей в гравитационном поле Солнца, машины тяжелее воздуха, обнаружения гравитационных волн. Поэтому я не считаю, что это невозможно, что экспериментальная проверка квантовой гравитации. Может быть, это займет десятки или сотни лет — но если мы продержимся, в один прекрасный день вы будете в состоянии измерить эффекты квантовой гравитации. Не обязательно за счет прямого достижение следующих 16 порядок, но косвенное обнаружение низкой энергии.
Но, ничто не рождается из ничего. Если мы не будем думать о том, как можно эффекты квантовой гравитации и где они ни казались, мы определенно никогда не найти его. Мой оптимизм топлива постоянно возрастает интерес к феноменологии квантовой гравитации, исследования, посвященных исследованию как лучше искать проявления квантово-гравитационные эффекты.
Квантовой гравитации является не придуманный одной непротиворечивой теории, в попытке найти видимой появляются сосредоточено на поиске путей для проверки теории сходства, находя объекты, которые были найдены в некоторых из различных подходов к квантовой гравитации. Например, квантовые флуктуации пространства-времени или наличие «минимальной длины», которая будет представлять собой фундаментальный предел разрешения. Такие эффекты могут быть определены с помощью математических моделей, а затем оценить влияние этих возможные последствия и понимать, что эксперименты могли бы дать лучшие результаты.
Проверка квантовой гравитации в течение длительного времени, считаются в недоступном для экспериментов, судя по отзыву, нам нужен коллайдер размером с Млечный Путь, в целях ускорения протонов достаточно, чтобы произвести измеримое количество гравитонов (квантов гравитационного поля), или нужен детектор размером с Юпитер для измерения гравитонов, которые рождаются везде. Не невозможно, но уж точно не то, что ожидается в ближайшем будущем.
Подобные рассуждения, однако, относятся только к прямым обнаружения гравитонов, но это не просто проявление квантово-гравитационные эффекты. Есть много других очевидных последствий, которые могут поднять квантовой гравитации, некоторые из которых мы были в поисках, некоторые из которых мы планируем исследовать. Хотя наши результаты являются чисто негативными. Но, даже негативной являются ценными, потому что они говорят нам, что свойства, нам нужна теория, не может иметь.
Один из проверка эффектов квантовой гравитации, например, может быть нарушение симметрии, которая является основополагающей в специальной и общей теории относительности, известных как Лоренц-инвариантность. Интересно, что нарушения Лоренц-инвариантности конечно не маленькие, даже если создан на расстояниях, которые слишком малы, чтобы быть замеченными. Нарушения симметрии, в противном случае, это выльется в реакции многих частиц при доступных энергиях с невероятно высокой точностью. Нет никаких доказательств, за нарушение Лоренц-инвариантности, еще не был обнаружен. Может показаться, что это не много, но знаю, что эта симметрия должна соблюдаться с высокой степенью точности и в квантовой гравитации, могут быть использованы в развитии теории.
Другие тестируемые последствия могут быть в диапазоне слабых полей в квантовой гравитации. В самом начале существования Вселенной квантовые флуктуации пространства-времени приведет к колебаниям температуры, которые происходят в вопрос. Эти колебания температуры наблюдаются сегодня, отпечатываются в микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение). Отпечатков пальцев «первичных гравитационных волн» в космическом микроволновом фоне еще не измерили (ЛИГО не является достаточно чувствительной для него), но ожидается, что она должна быть в течение одного или двух порядков от текущей точности измерений. Глядя на этот сигнал существует много экспериментальных проектов, в том числе бицепс, POLARBEAR, и обсерватория Планк.
Другой способ проверки слабых ограничение поля квантовой гравитации являются попытки привлечь крупных объектов в квантовой суперпозиции: объекты, которые являются гораздо более тяжелых элементарных частиц. Это сделает гравитационное поле сильнее, и потенциально позволяет пользователям подтвердить квантового поведения. Самых трудных предметов, которые все-таки нам удалось пообщаться в суперпозиции, весят около нанограмм, это на несколько порядков меньше, чем необходимо для измерения гравитационного поля. Но, недавно, группа ученых в Вене предложили экспериментальную схему, которая позволит нам измерить гравитационное поле значительно более точно, чем раньше. Мы постепенно приближаемся к квантовой гравитации диапазона.
(Обратите внимание, что этот термин отличается в астрофизике, где «сильной гравитации» иногда используется, чтобы обратиться к чему-то другому, например, большие отклонения от Ньютоновской гравитации, которые вы можете найти в окрестностях горизонта событий черных дыр).
Сильные квантовые гравитационные эффекты, он также может оставить отпечаток (отличаются от последствий слабое поле) в реликтовое излучение (реликтовое излучение), в частности, в виде историй, которые можно найти между колебания. Существуют различные модели струнной космологии и квантовой космологии петли, которые изучают наблюдаемые эффекты, а предлагаемые опыты, такие как ЕВКЛИД, призму, и после, и WFIRST будет найден на первой инструкции.
Есть еще одна интересная идея, на основе современных теоретических открытий, что гравитационный коллапс вещества не всегда могут сформировать черную дыру — вся система будет избежать образования горизонта. Если это так, то оставшиеся объект откроет нам вид на регион с квантово-гравитационные эффекты. Очевидно, однако, что сигналы, мы должны искать, чтобы найти такой пункт, но он является перспективным направлением поиска.
Очень много идей. Большой класс моделей предусматривает возможность того, что квантовые гравитационные эффекты наделить свойствами пространства-времени окружающей среды. Это может привести к рассеиванию света, двулучепреломление, декогеренция, или непрозрачность пустое пространство. Все рассказывать не буду. Но, без сомнения, необходимо сделать гораздо больше. Найдя доказательства, что гравитация действительно является квантовая сила, которая уже началась.
Когда мы испытываем квантовой гравитации?
Илья Хель