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. Д-р Сабина 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: Ширина примерно с человеческий волос. Добавить технологии, и мельчайшие структуры, которые мы могли бы измерить момент было около 10-19 метров, длина столкновения протонов в коллайдере. Нам потребовалось 400 лет, чтобы перейти от очень примитивный микроскоп для строительства танка улучшается на 15 порядков на протяжении четырех веков.
Квантовые эффекты гравитации считается, что актуальны на шкале расстояний порядка 10-35 метра, известный как Планковская длина. Это путь назад, в 16 порядок или иной фактор в 1016 с точки зрения энергии столкновения. Это делает вам интересно, если это вообще возможно или все усилия в попытке найти квантовую теорию гравитации всегда будет оставаться досужие выдумки.
Я оптимист. История науки полна людей, которые думают, что многое было невозможно, но на самом деле он был наоборот: измерения отклонения световых лучей в гравитационном поле Солнца, машина тяжелее воздуха, обнаружения гравитационных волн. Так что я не думаю, что это невозможно для экспериментальной проверки квантовой гравитации. Вы можете иметь десятки или сотни лет — но, если мы будем продолжать, в один прекрасный день мы сможем измерить эффекты квантовой гравитации. Не обязательно за счет прямого достижение следующих 16 порядок, но косвенное обнаружение низкой энергии.
Но из ничего ничто не возникает. Если мы не должны думать о том, как можно эффекты квантовой гравитации и где они ни казались, мы определенно никогда не найти его. Мой оптимизм причиной повышенного интереса в феноменология квантовой гравитации, область исследований, посвященная изучению как лучше искать проявления квантово-гравитационные эффекты.
Квантовой гравитации не придумано единой стройной теории, попытка найти наблюдаемых явлений сосредоточены на поиске способов 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 позволит установить фундаментальные ограничения по разрешению. Такие эффекты могут быть определены с помощью математических моделей, а затем оценить относительную силу этих потенциальных последствий и понять, какие эксперименты могут дать лучшие результаты.
Проверка квантовой гравитации в течение длительного времени, считаются в недоступном для экспериментов, судя по оценкам, нам нужен коллайдер размером с Млечный путь для разгона протонов достаточно, чтобы произвести измеримое количество гравитонов (квантов гравитационного поля), или вам нужен детектор размером с Юпитер для измерения гравитонов, которые рождаются везде. Не невозможно, но это не ясно, что ожидается в ближайшем будущем.
Подобные рассуждения, однако, относятся только к прямым обнаружения гравитонов, но это не единственное проявление эффектов квантовой гравитации. Есть много других очевидных последствий, которые могут поднять квантовой гравитации, некоторые из которых мы уже обыскали некоторые из которых мы планируем исследовать. Хотя наши результаты являются чисто негативными. Но, даже отрицательных, которые 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, которые имеют принципиальное значение для специальной и общей теории относительности известно, как Лоренц-инвариантность. Интересно, что нарушения Лоренц-инвариантности конечно не маленькие, даже если вы создаете расстояниях, которые слишком малы, чтобы быть видимыми. Симметрии, впрочем, выйдет в общественность с реакцией 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, вы можете использовать это в теории дизайна.
Другие проверки, последствия могут быть в пределах слабое поле квантовой гравитации. В самом начале существования Вселенной квантовые флуктуации пространства-времени приведет к колебаниям температуры, которые происходят в вопрос. Эти колебания температуры наблюдаются на сегодняшний день, носят отпечаток в реликтовом излучении (РИ). Принт «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. В поисках этого сигнала используются во многих экспериментальных коллабораций, в том числе бицепс, POLARBEAR, и обсерватория Планк.
Другой способ проверки слабых ограничение поля квантовой гравитации являются попытки ввести крупные объекты в квантовой суперпозиции: предметы, которые намного тяжелее, чем элементарные частицы. Это сделает гравитационное поле сильнее, и потенциально позволяет пользователям подтвердить квантового поведения. Самых трудных предметов, которые нам все-таки удалось связать в суперпозиции, весят около нанограмма, 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 медленно приблизиться 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 эффекты квантовой гравитации, он также может оставить отпечаток (отличаются от воздействия слабых полей) в реликтового излучения (радиационного фона), особенно истории, которые могут быть найдены между колебания. Существуют различные модели струнной космологии и квантовой космологии петли, которые изучают наблюдаемые эффекты, а предлагаемые опыты, такие как ЭВКЛИД, с помощью призмы, и после WFIRST, могут быть найдены на первый признак.
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 так, то другой предмет раскроет нам представление о регионе с квантово-гравитационные эффекты. Очевидно, однако, что сигналы, мы должны искать, чтобы найти такой пункт, но это перспективное направление поиска.
Действительно много идей. Большой класс моделей предусматривает возможность того, что квантовые гравитационные эффекты дают пространственно-временных свойствах среды. Это может привести к рассеиванию света, двулучепреломление, декогеренция, или непрозрачность пустое пространство. Все рассказывать не буду. Но, без сомнения, необходимо сделать гораздо больше. Запрос доказательств, что гравитация действительно является квантовая сила, которая уже началась.
Когда мы испытываем квантовой гравитации?
Илья Хель