Когда теория относительности встречается с квантовой механикой: 2 способа решения этой проблемы в...

Описание: Это новинка на нашем канале, где мы кратко, в формате коротких видеороликов, суммируем важные научные темы. Это первый из, надеюсь, нескольких следующих. Буду рад вашим отзывам. Спасибо за вашу поддержку!

ОБЩАЙТЕСЬ С АРВИНОМ
  / arvinash  

ВИДЕО-ССЫЛКИ
Самая сложная проблема в физике: объяснение:    • THE HARDEST Problem in Physics Explained I...  
Проблемы с гравитацией:    • The Trouble with Gravity: Why Can't Quantu...  
Теория струн против петлевой квантовой гравитации:    • String theory vs Loop quantum gravity: Wil...  

РАЗДЕЛЫ
0:00 Сила гравитации
1:58 Вселенная квантовая, это проблема!

4:32 Теория струн
5:31 Петлевая квантовая гравитация

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Квантовая гравитация существует потому, что две наши лучшие теории природы описывают разные режимы реальности — и принципиально расходятся, когда эти режимы пересекаются. В больших масштабах гравитация описывается общей теорией относительности Эйнштейна, где масса и энергия искривляют само пространство-время. В малых масштабах Вселенная управляется квантовой механикой, которая успешно объясняет атомы, частицы и силы, используя вероятности и суперпозицию. Но когда физики пытаются применить обе концепции одновременно, математика дает сбой, и даже пространство-время становится неопределенным.

В классической теории гравитация — это самая универсальная известная нам сила. Она связывает планеты со звездами, звезды с галактиками и управляет эволюцией всего космоса. Теория гравитации Ньютона объяснила эти движения с удивительной точностью, но она была неполной. Общая теория относительности Эйнштейна заменила гравитацию как силу на гравитацию как искривление пространства-времени, устранив недостатки теории Ньютона и точно описав черные дыры, гравитационные волны и расширение космоса.

Однако общая теория относительности терпит неудачу в экстремальных условиях, где доминируют квантовые эффекты — например, в начале Вселенной или внутри черных дыр. При использовании для моделирования всей Вселенной она порождает бессмысленные бесконечности. Эта неудача не только техническая, но и концептуальная. Гравитация ведет себя иначе, чем все другие силы, потому что она не является чем-то, что происходит внутри пространства-времени — она и есть пространство-время.

Квантовая механика, с другой стороны, предполагает фиксированный фон пространства и времени. Частицы существуют в суперпозициях, занимая одновременно несколько мест. Но если частица обладает массой и энергией, она должна искривлять пространство-время. Когда частица находится в нескольких местах одновременно, становится неясно, где именно должно существовать это искривление. Это противоречие объясняет, почему гравитация не фигурирует в Стандартной модели физики элементарных частиц.

Для решения этой проблемы физики используют два ведущих подхода к квантовой гравитации. Теория струн модифицирует саму физику элементарных частиц, заменяя точечные частицы крошечными вибрирующими струнами. При квантово-механическом рассмотрении определенные колебания струн естественным образом ведут себя как гравитон, позволяя гравитации возникать как сила, опосредованная частицами.

Петлевая квантовая гравитация использует противоположный подход, квантуя само пространство-время. Она устраняет идею фиксированного фона и заменяет пространство дискретной, гранулированной структурой. В этой концепции пространство-время имеет наименьший возможный объем, что предотвращает бесконечные плотности. В результате петлевая квантовая гравитация предсказывает, что Вселенная началась не с сингулярного Большого взрыва, а с Большого Отскока.

#основныеконцепции
#квантоваямеханика
Обе теории остаются неподтвержденными. Квантовая гравитация в конечном итоге заставляет нас переосмыслить, из чего состоят пространство и время. Возникает ли гравитация из квантовых струн или само пространство-время квантуется, только наблюдение покажет, какая из этих картин — если вообще какая-либо — верна.