კვანტური გრავიტაცია

                   კვანტური გრავიტაცია

                          
                                                               Gravity Probe B

(QG) — თეორიული ფიზიკის დარგი, რომელიც მიზნად ისახავს გააერთიანოს კვანტური მექანიკა ფარდობითობის ზოგად თეორიასთან თვით-თავსებადი გზით. სხვა სიტყვებით, ჩამოაყალიბოს თვით-თავსებადი თეორია, რომელიც დავა ჩვეულებრივ კვანტურ თეორიაზე სუსტი გრავიტაციის ზღვარში (პოტენციალი გაცილებით ნაკლებია c²-ზე) და აინშტაინის ფარდობითობის ზოგად თეორიაზე ძლიერი ქმედების ზღვარში (ქმედება გაცილებით მეტია დაყვანილ პლანკის მუდმივაზე). თეორიას უნდა შეეძლოს წინასწარ განჭვრიტოს შედეგები სიტუაციაში, სადაც ორივე: კვანტური ეფექტები და ძლიერი ველის გრავიტაცია მნიშვნელოვანია (პლანკის სკალაზე, მას შემდეგ, ვიდრე დამატებითი განზომილების თეორიები სწორია). გრავიტაციის დაკვანტვის მოტივაცია მომდინარეობს სხვა სამივე ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებებში კვანტური თეორიის თვალსაჩინო წარმატებიდან. თუმცა ზოგი კვანტური გრავიტაციის თეორიები, ისეთები როგორიცაა სიმების თეორია და სხვა ე.წ. ყველაფრის თეორიები ცდილობს გააერთიანოს გრავიტაცია სხვა ფუნდამენტურ ძალებთან. მეორე მხრივ თეორიები, როგორიცაა მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია (LQG) არ ცდილობს ფუნდამენტურ უნთიერთქმედებათა გაერთიანებას, ისინი უბრალოდ კვანტავენ გრავიტაციულ ველებს, ისე რომ ინარჩუნებენ მათ განცალკევებით სხვა ფუნდამენტური ძალებისაგან.

დღემდე დაკვირვებული ფიზიკური ფენომენები შეიძლება აღიწეროს კვანტური მექანიკით ან ფარდობითობის ზოგადი თეორიით, ისე რომ ორივეს ერთდროულად გამოყენება საჭირო არაა. ეს შეიძლება აიხსნას მათი ექსტრემალური განცალებით მასათა სკალაზე, სადაც ისინი მნიშვნელოვანია. ერთი მხრივ, კვანტური ეფექტები ჩვეულებრივ მნიშვნელოვანია „ძალიან მცირე მანძილებზე“, ესაა მამძილები, რომლებიც არ აღემატება მოლეკულის ზომებს. მეორე მხრივ, ზოგადი ფარდობითობის ეფექტები თავს იჩენენ მხოლოდ „ძალიან დიდ“ სხეულებში, როგორებიცაა კოლაფსირებული ვარსკვლავები. (პლანეტების გრავიტაციული ველები კარგად აღიწერება წრფივი გრავიტაციით. φ/c² რიგის ეფექტები არაა აღმოჩენილი პნალეტებისა და ვარსკვლავების გრავიტაციულ ველებშიც კი). არსებობს ღრმა დეფიციტი ექსპერიმენტული მტკიცებულებებისა კვანტურ გრავიტაციასთან დაკავშირებით. კლასიკური ფიზიკა ადექვატურად აღწერს დღემდე არსებულ გრავიტაციულ ეფექტებს მასის 50 რიგის ფარგლებში ანუ ობიექტებისთვის მასით: 10^-23-დან 10³⁰კგ-ამდე ფარგლებში.

იხ. ვიდეო

კვანტური გრავიტაციის აგების ორი ძირითადი მიმართულებაა სიმების თეორია და მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია.

პირველ მათგანში, ნაწილაკების და ფონის სივრცე-დროის ნაცვლად, მოქმედებს სტრიქონები და მათი მრავალგანზომილებიანი ანალოგები - ბრანები. მრავალგანზომილებიანი პრობლემებისათვის, ბრანები არის მრავალგანზომილებიანი ნაწილაკები, მაგრამ ამ ტოტების შიგნით მოძრავი ნაწილაკების თვალსაზრისით, ისინი სივრცისა და დროის სტრუქტურები არიან.

მეორე მიდგომა ცდილობს ჩამოაყალიბოს კვანტური ველის თეორია სივრცე – დროის ფონის მითითების გარეშე; სივრცე და დრო ამ თეორიის მიხედვით შედგება დისკრეტული ნაწილებისგან. სივრცის ეს მცირე კვანტური უჯრედები გარკვეულწილად უკავშირდება ერთმანეთს, ისე, რომ დროისა და სიგრძის მცირე მასშტაბებში ისინი ქმნიან სივრცის ჭრელ, დისკრეტულ სტრუქტურას, ხოლო დიდ მასშტაბებზე ისინი შეუფერხებლად გადადიან უწყვეტ გლუვ სივრცე – დროში. მიუხედავად იმისა, რომ ბევრ კოსმოლოგიურ მოდელს შეუძლია აღწეროს სამყაროს ქცევა დიდი აფეთქების შემდეგ პლანკის დროიდან, მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია შეიძლება აღწერს თვით აფეთქებას და კიდევ უფრო შორს გამოიყურებოდეს. მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია შეიძლება აღწეროს სტანდარტული ნაწილის ყველა ნაწილაკი.

აქ მთავარი პრობლემაა კოორდინატების არჩევანი. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფორმულირება შესაძლებელია კოორდინირებული ფორმით (მაგალითად, გარე ფორმების გამოყენებით), თუმცა რიმანის ტენსორის გამოთვლები ხორციელდება მხოლოდ კონკრეტულ მეტრულში. სიმების თეორიის მომხრე ლუბოს მოტლმა ისე თქვა, რომ მაგალითად, სიმძიმის თეორიის ტრიალის ქსელის პროპაგანდის ”ფონის დამოუკიდებლობის” შესახებ საუბარი ერთი სახელმწიფოს მითითების გარეშე, იგივეა, რაც ტეილორის სერიის გამოთვლა x0 წერტილში x0 მითითების გარეშე.

კიდევ ერთი პერსპექტიული თეორია, რომელიც ხსნის L. Motl- ის წინააღმდეგობას, არის მიზეზობრივი დინამიური სამკუთხა. მასში სივრცისა და დროის მრავალფეროვნება აგებულია ელემენტარული ევკლიდური სიმარტივისგან (სამკუთხედი, ტეტრაედრი, პენტახორი) მიზეზობრიობის პრინციპის გათვალისწინებით. მაკროსკოპული მასშტაბით სივრცე-დროის ოთხგანზომილებიანი და ფსევდოევკლიდური ხასიათი მასში არ არის ჩამოყალიბებული, მაგრამ ეს თეორიის შედეგია.