Santa Barbaras asuva California ülikooli teoreetiline füüsik Joseph Polchinsky ennustas gravitatsiooni kvantteooria loomise lõpulejõudmise aastat. Teadlase sõnul juhtub see aastal 2131 ja see põhineb keelteoorial, mida valdav enamus tänapäevaseid füüsikuid ja matemaatikuid tunnistab ainsa kandidaadina rollile "kõige teooria". Venemaa ettevõtja Juri Milneri loodud füüsilise põhipreemia laureaat Polchinsky tutvustas arXiv.org veebis eeltrükis oma kaalutlusi.
Arendusprotsessis uuris füüsika üha väiksemaid vahekaalu ja aina suuremaid energia skaalasid. 20. sajandi alguses said teadlased oma esimesed ideed aatomiskaalas esinevate nähtuste kohta. Nüüdseks on füüsikutel juurdepääs skaalale kümme kuni seitsmeteistkümnes sentimeetri võimsus, mis vastab eksperimentidele Suure Hadroni kokkupõrkes, mis võimaldas avastada Higgsi bosoni. Võrreldes füüsika arengutasemeid ja kiirusi XX ja XXI alguses, ennustas Polchinsky, et aastaks 2131 sõnastatakse lõpuks gravitatsiooni kvantteooria. Selleks uuris teadlane füüsika arengut viimase saja paaritu aasta jooksul ja võrdles teatud energiaskaalade inimkonna saavutusi selle sündmuse ajaga.
1899. aastal võttis saksa füüsik Max Planck kasutusele tema nime saanud pikkuse, mis koosnes põhikonstantidest (Plancki konstant, gravitatsioonikonstant ja valguse kiirus vaakumis) ning võrdne kümne kuni miinus kolmekümne kolmandikjõuga sentimeetrit. Praegu peetakse seda väärtust saavutamatuks skaalaks kaasaegsetele katsetele, kus stringiteooria töötab. Kümne sentimeetri skaala logaritmilisel skaalal sentimeetrite miinus seitsmeteistkümnenda võimsuseni vastab kauguse keskpaigale. Sellest tulenevalt on enne "kõige teooria" loomist veel sama palju aega, kui Plancki pikkuse teadusesse juurutamisest on möödunud 116 aastat.
Pikkuse skaala.
Plancki pikkuse väiksus võimaldab Polchinsky sõnul pakkuda interaktsioonide vajalikku "määramist", selgitades gravitatsiooniteooria renormaliseerimatust (lahknevuste kõrvaldamise võimatust). Seega on SM ja selles kirjeldatud kolm põhimõttelist interaktsiooni (elektromagnetiline, nõrk ja tugev) renormaliseeritavad, samas kui naiivse kvantimise teel saadud kvantgravitatsiooni versioon (see tähendab sama retsepti järgi nagu klassikalise väljateooria puhul) osutub juba perturbatsiooniteooria teises järjekorras lahknev.
Polchinsky sõnul muutuvad Plancki skaalal ruumi-aja kõikumised oluliseks. Need moodustavad nn ruumi-aja vahu ja tagavad kvantgravitatsiooni naiivse versiooni täheldatud erinevused. Ajaloolise näitena tsiteerib teadlane Enrico Fermi teooriat, mis kirjeldas kvalitatiivselt hästi nõrka koostoimet, kuid mida ei olnud võimalik ümber kujundada.
Alles pärast seda, kui Steven Weinberg, Sheldon Glashow ja Abdus Salam lõid renormaliseeritava elektrilöögi teooria, mis ühendab elektromagnetilise ja nõrga vastasmõju ning tutvustab vahepealseid elektrilöögi bosoneid, selgus, et Fermi teooria on teise, üldisema mudeli (antud juhul elektrilüliti) madala energiatarbega lähendamine. … Polchinsky usub, et sama juhtub ka kvantgravitatsiooniga.
Joseph Polchinsky.
Reklaamvideo:
Polchinsky ühendab keelte teooria dünaamika ainulaadsuse ainult ühe looduse kirjeldamiseks vajaliku parameetri - nn stringikonstandi - olemasoluga. Vahepeal puudub teadlase sõnul praegu "kõige teoorial" ühtne põhimõte (esimene põhimõte), mis võimaldaks selle tuletada deduktiivsel viisil. Üldrelatiivsusteooria jaoks on olemas selline element: gravitatsioonivälja ja kiirendusega liikumise kohaliku ekvivalentsuse põhimõte. Selle alguse klassikaline näide on liftis. Oma ühtlaselt kiirendatud ülespoole liikumisega Maa suhtes ei suuda selles olev vaatleja kindlaks teha, kas see asub tugevamas gravitatsiooniväljas või liigub inimese loodud objektis.
Polchinsky mainib oma artiklis kvantkõikumiste olulisust keelte teooria võrrandite lahendamisel. Hoolimata asjaolust, et kvantvälja teooria ja üldrelatiivsuse tänapäevased võrrandid kirjeldavad vaadeldud maailma olemasolevates katseskaalades hästi, saab neid muuta, mis ei ole vastuolus nende teooriate esimeste põhimõtetega. Samal ajal põhjustab see tagajärgi, mida pole tänaseni täheldatud, mis on olulised Plancki skaalal.
Polchinsky viitab sellistele modifikatsioonidele nagu kõrgemate tuletisinstrumentidega terminite sisseviimine kvantvälja teooria võrranditesse (praegu on väljade esimeste tuletistega ainult ruutterminid) ja ruum-aja kõveruses ruutkeskmiselt esinevate terminite lisamine Einsteini võrranditesse GR-s. Need täiendused tingivad vajaduse võtta arvesse ruumiaegse vahu kõikumisi, mis on stringiteooria ennustuste kohaselt olemas Plancki skaalal.
Kvantvaht.
Polchinsky selgitab ruumi rolli stringiteooria osas, kasutades peeglisümmeetria näidet, mis võimaldab eksisteerida Eugenio Calabi ja Shintana Yau erinevat kollektorit, mis erinevatest ruumidest tihendatuna (volditud üliväikesteks ruumimõõtmeteks) võib viia elementaarsete osakeste samade omadustega … See (koos võimalike täiendavate ruumiliste mõõtmete olemasoluga) viitab sellele, et vaadeldav füüsika on ruumi-aja ja selle struktuuri mitmemõõtmelise geomeetria ilming Plancki skaalal.
Mõõtmisteooriate ja kvantgravitatsiooni kahesus, mida mõistetakse kui holograafiat, võimaldab Polchinsky sõnul osakeste füüsikat ja gravitatsiooni ühetaoliselt kirjeldada. Hollandi füüsiku Gerard t'Hoofti poolt 1993. aastal välja pakutud holograafiline põhimõte väidab, et selle välispiiril (talal) sisalduv teave on piisav maailma matemaatiliseks kirjeldamiseks: sel juhul saab hologrammidest aimu kõrgema mõõtmega objektist, millel on madalam mõõde.
Keelpilliteooriale rakendatuna sisaldus see põhimõte AdS / CFT-i kirjavahetuse idees, millele osutas 1998. aastal Argentina päritolu Ameerika teoreetiline füüsik Juan Maldacena. Selle hüpoteesi korral viib eriruumides füüsika kirjelduse samaväärsus nende parameetrite - duaalsuste - vahel ainulaadsete seoste olemasoluni. Matemaatiliselt ilmneb see seose olemasolul, mis võimaldab arvutada ühe teooria osakeste (või stringide) vastasmõju parameetrid, kui need on teise jaoks teada.
Holograafiline universum.
Polchinsky seob mustade aukude füüsika mõistmisel tehtud edusamme tõsiasjaga, et 1996. aastal demonstreerisid Andrew Strominger ja Kumrun Wafa keelpilliteooria raames mustade aukude entroopia avaldise tuletamist, mille termodünaamiliselt sai esmakordselt Iisraeli füüsik Jacob Bekenstein 1973. aastal. Nende järeldus näitab, et mustade aukude aurustumine säilitab kvantmehaanika ühtsuse (seostatud tõenäosuse järjekindla tõlgendamisega), mille kohta oli varem kahtluse alla seadnud Briti teadlane Stephen Hawking.
Vaadeldav vaadeldud põhikonstandite väärtus võib Polchinsky sõnul küll "kõige teooria" osas tõsiseid raskusi tekitada, kuid sellegipoolest selgitada looduse mõnda universaalset tunnust (eriti Multiverse olemasolu). Teadlane nimetas peamiseks tunnuseks, mis teoreetiliselt näitab paralleelsete maailmade olemasolu, kosmoloogilise konstandi (lambda-termin Einsteini võrrandites) nullväärtust. Teadlase sõnul hõlmab valdav enamus keelte teooriaid Multiverse. Need mudelid sisaldavad ka nullist erinevat kosmoloogilist konstanti. See tähendab, et Polchinsky sõnul ei saa ükski ilma teiseta eksisteerida. Pealegi hindas füüsik Bayesiani järelduse põhjal multiverse olemasolu tõenäosuseks 94 protsenti (see vastab kahe standardhälbe statistilisele olulisusele).
"Võib-olla ei nõustu minu 94-protsendilise hinnanguga, kuid pole ühtegi ratsionaalset argumenti, et multiversiooni ei eksisteeri või et see on ebatõenäoline," kirjutab Polchinsky. Teadlane suhtub kvantgravitatsiooni formuleerimise väljavaadetesse (keelte teooria raames) optimistlikult, töötab selles suunas edasi ega välista, et "kõige teooria" ehitamine valmib tähtaegadest varem - varem kui tema ennustatud aasta 2131.
Andrei Borisov
