Квантовая гравитация

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Ква́нтовая гравита́ция — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия.

Квантовая теория всемирного тяготения[править]

Прежде чем представить Вашему вниманию квантовую теорию всемирного тяготения, следует вспомнить принцип соответствия — утверждение, что любая новая научная теория должна включать старую теорию и её результаты как частный случай. Например, в специальной теории относительности в пределе малых скоростей \(v ≪ c\) получаются те же следствия, что и в классической механике. Так, преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея, время течёт одинаково во всех системах отсчёта, кинетическая энергия становится равной \(\frac{mv^{2}}{2}\) и т.д. Общая теория относительности даёт те же результаты, что и классическая теория тяготения Ньютона при малых скоростях v ≪ c и при малых значениях гравитационного потенциала \(\frac {\Phi }{c^{2}}\ll 1\). В квантовой механике принципом соответствия называется утверждение о том, что поведение квантовомеханической системы стремится к классической физике в пределе больших квантовых чисел, т.е. при больших значениях действия \(S\gg \hbar\).

Отсюда следует, что принцип соответствия для квантовой теорие всемирного тяготения не может быть столь простым. Речь идёт о том, что преобразования \(c\rightarrow\infty\) (эквивалентно пределу малых скоростей v ≪ c) и \(\hbar\rightarrow0\) (эквивалентно пределу больших значениях действия \(S\gg \hbar\)) должны выполняться одновременно, а не произвольно.

Проблемы создания[править]

Несмотря на активные исследования, квантовая гравитация пока не построена (уст., см. выше). Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино — квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временную эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. В общей теории относительности внешнего пространства-времени нет: оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём квантовых систем. Возникающая связь требует какого-то квантования самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен, и сколь-нибудь успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует[1].

Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности: квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией.

Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

Перспективные кандидаты[править]

Два основных направления, пытающихся построить квантовую гравитацию, — это теория струн и петлевая квантовая гравитация.

В первой из них вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны. Для многомерных задач браны являются многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся внутри этих бран, они являются пространственно-временными структурами. Во втором подходе делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону.

Вполне возможно, что успешное построение квантовой гравитации будет связано с формулировкой и развитием более общей теории — так называемой М-теории, — которая в определённых предельных случаях даст и классическую гравитацию, и квантовую теорию поля.

В конце 2007 года появилась Исключительно простая теория всего, в которой сформулирован вариант единой теории поля, объединяющий все известные взаимодействия и, в частности, описывающий квантовое гравитационное поле. Хотя динамика данной теории пока не исследовалась, и пока нельзя считать, что в рамках этой теории построена квантовая теория гравитации. Кроме того, в данной теории имеется ряд трудностей (правда, не связанных с квантовой теорией гравитации). Дальнейшие исследования должны прояснить, имеет ли данное направление перспективы для построения реалистичной квантовой теории гравитации.

Есть полностью работающая квантовая гравитация, использующая новый подход - вычисление элементарного гравитационного заряда. Эта теория согласуется с экспериментом.

Перспективной является также атомная теория гравитации В. Л. Янчилина,не признаная пока научным сообществом, в которой гравитация возникает как простое следствие положений квантовой механики и никакие новые объекты не вводятся, зато исчезают непонятные логике сингулярности ОТО и пропадает необходимость в "тёмной энергии".Подробное изложение теории можно найти в книге Тайны гравитации .Теория Янчилина может быть проверена с помощью эксперимента с высокоточными атомными часами.До настоящего момента эксперимент не проводился.

См. также[править]

Примечания[править]

  1. Более того, наивный "решёточный подход" к квантованию пространства-времени, как оказывается, не допускает правильного предельного перехода в теории калибровочных полей при устремлении шага решётки к 0, что было отмечено в 1960-ые гг. Брайсом ДеВиттом и широко учитывается ныне при проведении решёточных расчётов в квантовой хромодинамике.

Внешние ссылки[править]

 Шаблон: п·о·и
Теории гравитации
Стандартные теории гравитации Альтернативные теории гравитации Квантовые теории гравитации Единые теории поля

Классическая физика

Релятивистская физика

Принципы

Классические

Релятивистские

  • Каноническая квантовая гравитация [11]
  • Петлевая квантовая гравитация [12]
  • Полуклассическая гравитация [13]
  • Причинная динамическая триангуляция [14]
  • Евклидова квантовая гравитация [15]
  • Уравнение Уилера — ДеВитта [16]
  • Индуцированная гравитация [17]
  • Некоммутативная геометрия [18]

Многомерные

  • Общая теория относительности в многомерном пространстве [19]
  • Теория Калуцы — Клейна [20]

Струнные

Прочие