Descripción

Mucha de la dificultad en la combinación de estas teorías en todas las escalas de la energía viene de las diversas asunciones que estas teorías hacen en cómo el universo trabaja. La teoría de campo de Quantum depende de los campos de la partícula encajados en el espacio-tiempo plano de la relatividad especial . La relatividad general modela gravedad como curvatura dentro del espacio-tiempo que cambia mientras que una masa gravitacional se mueve. Históricamente, la manera más obvia de combinar los dos (tales como tratar gravedad como simplemente otro campo de la partícula) funcionó rápidamente en qué se conoce como el problema de la renormalización . En la comprensión pasada de moda de la renormalización, las partículas de la gravedad se atraerían y agregando juntos todos los resultados de las interacciones en muchos valores infinitos que no se pueden anular fácilmente matemáticamente para rendir resultados sensibles, finitos. Esto está al contrario de la electrodinámica de Quantum donde, mientras que todavía no convergen las series, las interacciones evalúan a veces a los resultados infinitos, pero ésos son pocos bastantes en gran número a ser desprendibles vía la renormalización.

En últimas décadas, sin embargo, esto comprensión antiquated de la renormalización ha llevado a la idea moderna de la teoría de campo eficaz . Todas las teorías de campo de quántum vienen con un cierto atajo de gran energía, más allá de el cual no contamos con que la teoría proporcione una buena descripción de la naturaleza. El " infinities" entonces se convierten las cantidades grandes pero finitas proporcionales a esta escala finita del atajo, y corresponden a los procesos que implican energías muy altas cerca del atajo fundamental. Estas cantidades se pueden entonces absorber en una colección infinita de constantes del acoplador, y en las energías bien debajo del atajo fundamental de la teoría, a cualquier precisión deseada solamente un número finito de estos constantes del acoplador necesita ser medido para hacer predicciones quántum-mecánicas legítimas. Esta misma lógica trabaja del mismo modo que para alto - la teoría acertada de los piones de poca energía en cuanto a gravedad de quántum. De hecho, las primeras correcciones quántum-mecánicas al Graviton - el del graviton que dispersaba y la ley de la gravitación de Newton se han computado explícitamente (aunque son tan astronómico pequeños que podemos nunca poder medirlo), y más teoría fundamental de la naturaleza necesitaría replegar estos resultados para para ser tomado seriamente. De hecho, la gravedad es en gran medida una teoría de campo mucho mejor de quántum que el modelo estándar, puesto que aparece ser válida hasta el final hasta su atajo en la escala de Planck. (Por la comparación, se espera que el modelo estándar analice sobre su atajo en la escala mucho más pequeña de TeV.)

Mientras que confirma que los mecánicos y la gravedad de quántum son de hecho constantes en las energías razonables (de hecho, la estructura completa de la gravedad se puede demostrar para presentarse automáticamente de los mecánicos de quántum de las partículas sin masa de la vuelta -2), este modo de ver hace claramente que cerca o sobre del atajo fundamental de nuestra teoría de quántum eficaz de la gravedad (el atajo se asume generalmente para ser de orden la escala de Planck), un modelo nuevo de la naturaleza será necesario. Es decir, en el modo de ver moderno, el problema de combinar a mecánicos de quántum y la gravedad se convierte en una edición solamente en las energías muy altas, y bien puede requerir total una nueva clase de modelo.

El acercamiento general admitido derivando una teoría de la gravedad de quántum que es válida en incluso las escalas de la energía más alta es asumir que la teoría subyacente será simple y elegante y después mirará las teorías actuales para las simetrías y las indirectas para que cómo las combine elegante en una teoría overarching. Un problema con este acercamiento es que no está sabido si la gravedad de quántum es una teoría simple y elegante (esa resuelve el enigma la relatividad general especial del y con respecto a la uniformidad de la aceleración y de la gravedad, en la curvatura anterior del espacio-tiempo del caso y en el 3ultimo caso).

Tal teoría se requiere para entender esos problemas que implican la combinación de masa o energía muy grande y las dimensiones muy pequeñas del espacio, tales como el comportamiento de los calabozos y del origen del universo .

Mecánicos de Quantum y relatividad general

Actualmente, uno de los problemas más profundos de la física teórica está armonizando la teoría de la relatividad general, que describe la gravitación, y se aplica a las estructuras en grande (el Stars, planetas, galaxias ), con los mecánicos de Quantum, que describe las otras fuerzas del fundamental de tres que actúan en la escala atómica . Este problema se debe poner en el contexto apropiado, sin embargo. Particularmente, contrariamente a la demanda popular pero errónea que los mecánicos de quántum y la relatividad general son fundamental incompatibles, una puede de hecho demostrar que la estructura de la relatividad general esencialmente sigue inevitable de los mecánicos de quántum de las partículas sin masa teóricas que obran recíprocamente spin-2 (llamadas el Gravitons ). Mientras que no hay prueba concreta de la existencia del gravitons, todas las teorías quantized de la materia hacen necesario su existencia. El apoyo de esta teoría es la observación que el resto de las fuerzas del fundamental tienen uno o más partículas del mensajero, excepto gravedad de, investigadores destacados para creer que por lo menos existe uno más probable; han doblado el gravitons hipotético del de estas partículas.

Si el graviton resulta no existir, rendirá todo el trabajo basado en la física macroscópica quantized estropeada, y destruye virtualmente todas las nociones aceptadas de una teoría unificada de la física desde los años 70, incluyendo la teoría de la secuencia, la teoría de Superstring, la M-teoría, la gravedad de quántum del lazo, y la gravedad de Quantum, entre otros. En un intento por probar que la física moderna está en el buen camino, la CERN ha prometido dedicar un grande comparte el tiempo para buscar para el graviton usar el Collider grande del Hadron, el acelerador de partícula más grande del mundo y el collider, que se programa para terminar la construcción en mayo de 2008.

El trabajo reciente ha demostrado que tratando relatividad general como teoría de campo eficaz, uno puede hacer realmente las predicciones legítimas para la gravedad de quántum, por lo menos para los fenómenos de poca energía. Un ejemplo es el cálculo bien conocido de la corrección quántum-mecánica de primer orden minúscula al potencial gravitacional neutoniano clásico entre dos masas. Tales predicciones necesitarían ser replegadas por cualquier teoría del candidato de la gravedad de quántum de gran energía.

Históricamente, muchos creyeron que la relatividad general era de hecho fundamental contraria con los mecánicos de quántum. La relatividad general, como el electromagnetismo, es una teoría de campo clásica . Uno pudo contar con que, como con electromagnetismo, debe haber una teoría de campo correspondiente de Quantum . Sin embargo, la gravedad es Nonrenormalizable . Para que una teoría de campo de quántum esté bien definida según esta comprensión ahora-anticuada del tema, debe ser asintótico liberar o el asintótico seguro. La teoría se debe caracterizar por una opción del finito muchos parámetros de, que podría, en principio, ser fijado por el experimento. Por ejemplo, en la electrodinámica de Quantum, estos parámetros son la carga y la masa del electrón, conforme a medición una escala particular de la energía. Por una parte, en cuantificar gravedad, hay infinitamente muchos parámetros independientes necesarios para definir la teoría. Para una opción dada de esos parámetros, uno podría tener sentido de la teoría, pero puesto que podemos nunca hacer infinitamente muchos experimentos para fijar los valores de cada parámetro, no tenemos una teoría física significativa. En las energías bajas, la lógica del grupo de la renormalización nos dice que, a pesar de las opciones desconocidas de éstos infinitamente muchos parámetros, gravedad de quántum reducirán a la teoría generalmente de Einstein de la relatividad general . Por una parte, si podríamos sondar las energías muy altas donde los efectos de quántum asumen el control, después el todos de los muchos parámetros desconocidos comenzaría infinitamente a importar, y no podríamos hacer ninguna predicción en absoluto.

Sin embargo, de la perspectiva de la teoría de campo eficaz, uno ve que todos pero los primeros que tales parámetros son suprimidos por las escalas enormes de la energía y por lo tanto que pueden ser descuidados al computar efectos de poca energía. Así, por lo menos en el régimen de poca energía, el modelo es de hecho una teoría de campo profética de quántum. (La situación muy similar de A ocurre para la teoría de campo eficaz muy similar de piones de poca energía.) Además, la mayoría de los teóricos convienen que incluso el modelo estándar se debe mirar realmente como teoría de campo eficaz también, con el " nonrenormalizable" interacciones suprimidas por las escalas grandes de la energía y cuyos efectos por lo tanto no se han observado experimental.

Sin embargo, cualquier teoría significativa de la gravedad de quántum que tiene sentido y es profética en todas las escalas de la energía debe tener cierto principio profundo que reduzca infinitamente los muchos parámetros desconocidos a un número finito que pueda entonces ser medido. Una posibilidad es que la teoría de perturbación normal no es una guía confiable al renormalizability de la teoría, y que allí el es realmente al punto fijo ULTRAVIOLETA para la gravedad. Puesto que ésta es una cuestión de la teoría de campo de quántum de Non-perturbative, es difícil encontrar una respuesta confiable, pero alguna gente todavía persigue esta opción. Otra posibilidad es que hay los nuevos principios de la simetría que obligan los parámetros y los reducen a un sistema finito. Ésta es la ruta tomada por la teoría de la secuencia, donde todas las excitaciones de la secuencia esencialmente se manifiestan como nuevas simetrías.

Una lección fundamental de la relatividad general es que no hay fondo fijo del espacio-tiempo, según lo encontrado en los mecánicos neutonianos y la relatividad especial ; la geometría del espacio-tiempo es dinámica. Mientras que es fácil para agarrar en principio, ésta es la idea más dura de entender sobre relatividad general, y sus consecuencias son profundas y exploradas no completamente, incluso en el nivel clásico. Hasta cierto punto, la relatividad general se puede considerar para ser una teoría emparentada, en la cual la única información físicamente relevante es la relación entre diversos acontecimientos en espacio-tiempo.

Por una parte, los mecánicos de quántum han dependido desde su inicio de una estructura (no-dinámica) fija del fondo. En el caso de mecánicos de quántum, es el tiempo se da que y no dinámico, apenas como en los mecánicos clásicos neutonianos. En teoría de campo relativista de quántum, apenas como en la teoría de campo clásica, espacio-tiempo de Minkowski está el fondo fijo de la teoría. Finalmente, la teoría de la secuencia comenzada como generalización de la teoría de campo de quántum donde en vez de partículas del punto, secuencia-como objetos propaga en un fondo fijo del espacio-tiempo. Aunque la teoría de la secuencia tuviera sus orígenes en el estudio del confinamiento del Quark y no de la gravedad de quántum, pronto fue descubierto que el espectro de la secuencia contiene el Graviton, y que " condensation" de cierta vibración los modos de secuencias son equivalentes a una modificación del fondo original. En este sentido, objetos expuestos de la teoría de perturbación de la secuencia que las características una esperarían exactamente de una teoría de perturbación que puede exhibir una dependencia fuerte de la asintótica (según lo visto, por ejemplo, en la correspondencia AdS/CFT ) que es una forma débil de dependencia del fondo.

La teoría de campo de Quantum en fondos (non-Minkowskian) curvados, mientras que no una teoría de quántum de la gravedad, ha demostrado que algunas de las asunciones de la teoría de campo de quántum no se pueden transportar al espacio-tiempo curvado, aún menos a la verdadera gravedad de quántum. Particularmente, el vacío, cuando existe, se demuestra para depender de la trayectoria del observador con espacio-tiempo (véase el efecto de Unruh). También, algunos sostienen eso en espacio-tiempo curvado, el concepto del campo se considera para ser fundamental sobre el concepto de la partícula (que se presenta como manera conveniente de describir interacciones localizadas). Sin embargo, puesto que aparece posible mirar espacio-tiempo curvado como consistir en un condensado del gravitons, todavía hay un cierto discusión sobre el cual el concepto es verdad el más fundamental.

La gravedad de quántum del lazo es la fruta de un esfuerzo para formular una teoría de quántum de la Fondo-independiente . La teoría de campo topológica de quántum proporcionó un ejemplo de la teoría de quántum de la fondo-independiente, pero sin grados de libertad locales, y solamente finito muchos grados de libertad global. Esto es inadecuado describir la gravedad en 3+1 dimensiones que tiene grados de libertad locales según relatividad general. En 2+1 dimensiones, sin embargo, la gravedad es una teoría de campo topológica, y se ha cuantificado con éxito en varias maneras diferentes, incluyendo las redes de la vuelta.

Hay dos otros puntos de la tensión entre los mecánicos de quántum y la relatividad general. Primero, la relatividad general predice su propia avería en las singularidades, y los mecánicos de quántum hacen contrarios con relatividad general en una vecindad de singularidades (sin embargo, nadie están seguros que la relatividad general clásica se debe confiar en necesario cerca de singularidades en el primer lugar). En segundo lugar, no está claro cómo determinar el campo gravitacional de una partícula, si bajo principio de incertidumbre de Heisenberg de mecánicos de quántum su localización y velocidad no se pueden saber con certeza. La resolución de estos puntos puede venir de una mejor comprensión de la relatividad general.

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