Den teoretiske fysikeren Joseph Polchinsky fra University of California i Santa Barbara spådde året for fullførelse av opprettelsen av kvanteteorien om gravitasjon. I følge forskeren vil dette skje i 2131, og det vil være basert på strengteori, som det overveldende flertallet av moderne fysikere og matematikere anerkjenner som den eneste kandidaten for rollen som "teori om alt." Polchinsky, en prisvinner av Fundamental Physics Prize som ble opprettet av den russiske gründeren Yuri Milner, redegjorde for sine betraktninger i en forhåndstrykk på nettstedet arXiv.org.
I utviklingsprosessen undersøkte fysikken stadig mindre skalaer av avstander og stadig større skalaer av energier. På begynnelsen av 1900-tallet fikk forskerne sine første ideer om fenomener som oppsto i atomskala. Nå har fysikere tilgang til skalaer fra ti til minus syttende makt på centimeter, tilsvarende eksperimenter på Large Hadron Collider, som gjorde det mulig å oppdage Higgs boson. Sammenlignet stadiene og hastighetene i utviklingen av fysikk i XX og tidlig XXI århundre, spådde Polchinsky at innen 2131 ville kvante teorien om tyngdekraft endelig bli formulert. For dette undersøkte forskeren utviklingen av fysikk de siste hundre odde årene og sammenlignet menneskene som oppnådde visse energivekter med denne hendelsens tid.
I 1899 introduserte den tyske fysikeren Max Planck lengden oppkalt etter ham, sammensatt av grunnleggende konstanter (Plancks konstante, gravitasjonskonstant og lysets hastighet i et vakuum) og lik ti til minus tretti-tredel krefter på centimeter. For tiden regnes denne verdien som en uoppnåelig skala for moderne eksperimenter som strengteori fungerer på. Skalaen på ti centimeter til den minus syttende kraften av centimeter på en logaritmisk skala tilsvarer midten av avstanden. Følgelig gjenstår det like mye tid før opprettelsen av "teorien om alt" som 116 år har gått siden introduksjonen av Planck-lengden i vitenskapen.
Lengdeskala.
Den lille planck-lengden gjør at ifølge Polchinsky kan gi den nødvendige "uttøyning" av interaksjoner, noe som forklarer ikke-renormaliserbarheten (umuligheten av å eliminere avvik) i teorien om tyngdekraften. Dermed er SM og de tre grunnleggende interaksjonene som er beskrevet av den (elektromagnetisk, svak og sterk) renormaliserbare, mens versjonen av kvantetyngdekraft oppnådd ved naiv kvantisering (det vil si i henhold til samme oppskrift som klassisk feltteori), allerede i andre rekkefølge av forstyrrelsesteori. avvikende.
I følge Polckinsky blir svingningene i rom-tid betydelige på Planck-skalaen. De danner det såkalte romtidsskummet og gir den observerte avviket fra den naive versjonen av kvantetyngdekraften. Som et historisk eksempel siterer forskeren teorien om Enrico Fermi, som kvalitativt godt beskrev det svake samspillet, men ikke kunne renormaliseres.
Det var først etter at Steven Weinberg, Sheldon Glashow og Abdus Salam skapte en renormaliserbar elektroweak-teori som kombinerer elektromagnetiske og svake interaksjoner og introduserer mellomliggende electroweak-bosoner at det ble klart at Fermis teori er en lavenergisk tilnærming til en annen, mer generell modell (i dette tilfellet electroweak) … Polchinsky tror at det samme vil skje med kvantetyngdekraften.
Joseph Polchinsky.
Salgsfremmende video:
Polchinsky kobler unikheten til dynamikken i strengteori med tilstedeværelsen av bare en parameter som er nødvendig for å beskrive naturen - den såkalte strengkonstanten. I mellomtiden, ifølge forskeren, har foreløpig ikke "teorien om alt" noe ensartet prinsipp (første prinsipp) som gjør at det kan trekkes fra på en deduktiv måte. For generell relativitet er det et slikt element: prinsippet om lokal ekvivalens mellom gravitasjonsfeltet og bevegelse med akselerasjon. Det klassiske eksemplet på denne begynnelsen er i heisen. Med sin jevnt akselererte bevegelse oppover i forhold til jorden, er ikke observatøren i stand til å bestemme om den befinner seg i et sterkere gravitasjonsfelt eller beveger seg i et menneskeskapt objekt.
I sin artikkel nevner Polchinsky viktigheten av kvantumsvingninger for å løse strengteorienes ligninger. Til tross for at de moderne likningene av kvantefeltteori og generell relativitet beskriver den observerte verden godt på de tilgjengelige eksperimentelle skalaene, kan de modifiseres som ikke er i strid med de første prinsippene i disse teoriene. I mellomtiden fører dette til effekter som ikke er observert til dags dato, som er betydningsfulle i Planck-skalaen.
Polchinsky refererer til slike modifikasjoner som introduksjon av termer med høyere derivater i likningene av kvantefeltteori (for tiden er det bare kvadratiske termer med de første derivater av feltene) og tilsetning av termer kvadratisk i romtidens krumning til Einstein-ligningene i GR. Disse tilleggene fører til behovet for å ta hensyn til svingningene i romtidsskummet som eksisterer, i henhold til spådommene fra strengteori, på Planck-skalaen.
Kvanteskum.
Polchinsky forklarer rollen som rom for strengteori ved hjelp av eksemplet med speilsymmetri, som tillater eksistensen av forskjellige manifolder av Eugenio Calabi og Shintana Yau, som, når de komprimeres (foldes inn i ekstremt små ekstra romlige dimensjoner) fra forskjellige rom, kan føre til de samme egenskapene til elementære partikler … Dette (sammen med potensialet for eksistensen av ytterligere romlige dimensjoner) antyder at den observerte fysikken er en manifestasjon av den flerdimensjonale geometrien for rom-tid og dens struktur i Planck-skalaen.
Dualiteten av måleteorier og kvantetyngdekraft, forstått som holografi, vil ifølge Polchinsky kunne beskrive partikkelfysikk og tyngdekraft på en enhetlig måte. Det holografiske prinsippet, foreslått i 1993 av den nederlandske fysikeren Gerard t'Hooft, hevder at informasjonen i dens ytre grense (bjelke) er tilstrekkelig for en matematisk beskrivelse av en verden: i dette tilfellet kan en ide om et objekt med høyere dimensjon fås fra hologrammer, har en lavere dimensjon.
Som anvendt på strengteori, ble prinsippet nedfelt i ideen om AdS / CFT-korrespondansen, som ble påpekt i 1998 av den amerikanske teoretiske fysikeren av argentinsk opprinnelse Juan Maldacena. I denne hypotesen fører ekvivalensen til beskrivelsen av fysikk i spesielle rom til eksistensen av unike forbindelser mellom deres parametere - dualiteter. Matematisk manifesterer dette seg i nærvær av en relasjon som lar en beregne parametrene for interaksjoner mellom partikler (eller strenger) til en av teoriene, hvis slike er kjent for den andre.
Det holografiske universet.
Polchinsky kobler fremgang med å forstå sorte hulls fysikk med det faktum at Andrew Strominger og Kumrun Wafa i 1996 demonstrerte avledningen av uttrykket for entropien av sorte hull, først oppnådd termodynamisk av den israelske fysikeren Jacob Bekenstein i 1973. Konklusjonen deres indikerer at fordamping av sorte hull bevarer kvantemekanikkens unitaritet (assosiert med en konsistent tolkning av sannsynlighet), som tidligere ble stilt spørsmål ved av den britiske forskeren Stephen Hawking.
Vilkårlighet i verdiene til de observerte grunnleggende konstantene, ifølge Polchinsky, selv om det er en alvorlig vanskelighetsgrad i "teorien om alt", kan likevel tydeliggjøre noen universelle trekk ved naturen (spesielt eksistensen av Multivers). Forskeren benevnte ikke-verdien av den kosmologiske konstanten (lambda-betegnelsen i Einsteins ligninger) som hovedtrekk som teoretisk indikerer eksistensen av parallelle verdener. I følge forskeren involverer det store flertallet av strengteorier Multivers. Disse modellene inneholder også en ikke-null kosmologisk konstant. Det vil si, ifølge Polchinsky, kan man ikke eksistere uten den andre. Ved å anvende Bayesian-inferens estimerte fysikeren sannsynligheten for at multiversen eksisterer til 94 prosent (dette tilsvarer en statistisk betydning av to standardavvik).
"Du er kanskje uenig i 94 prosent-estimatet mitt, men det er ingen rasjonelle argumenter for at mangfoldet ikke eksisterer, eller at det er usannsynlig," skriver Polchinsky. Forskeren er optimistisk med tanke på utsiktene for formulering av kvantetyngdekraft (innenfor rammen av strengteori), fortsetter å jobbe i denne retningen og utelukker ikke at konstruksjonen av "teorien om alt" vil være fullført foran planen - tidligere enn året 2131 forutsagt av ham.
Andrey Borisov
