Teoreettinen fyysikko Joseph Polchinsky Kalifornian yliopistosta Santa Barbalassa ennusti painovoiman kvantiteorian luomisen valmistumisvuotta. Tiedemiehen mukaan tämä tapahtuu vuonna 2131, ja se perustuu jousteteoriaan, jonka valtava enemmistö nykyajan fyysikoista ja matemaatikoista tunnustaa ainoaksi ehdokkaalle "kaiken teorian" roolille. Venäläisen yrittäjä Juri Milnerin perustaman fysiikan peruspalkinnon voittaja Polchinsky esitteli harkintansa esitteessä arXiv.org-verkkosivustolla.
Kehitysprosessissa fysiikka tutki yhä pienempiä etäisyysasteikkoja ja yhä suurempia energiaskaaleja. 1900-luvun alussa tutkijat saivat ensimmäiset ideansa atomissa tapahtuvista ilmiöistä. Tähän mennessä fyysikoilla on pääsy asteikkoon kymmenestä miinus seitsemänteentoista senttimetrin tehoon, mikä vastaa Suuren hadronin kolarittimen kokeita, jotka antoivat mahdolliseksi löytää Higgsin bosoni. Vertaamalla fysiikan kehitysvaiheita ja kehitysastetta XX ja 2000-luvun alkupuolella, Polchinsky ennusti, että vuoteen 2131 mennessä lopullinen kvantiteoria muotoillaan. Tätä varten tutkija tarkasteli fysiikan kehitystä viimeisen sadan parittoman vuoden aikana ja vertasi tiettyjen energiaasteikkojen ihmiskunnan saavutuksia tämän tapahtuman aikaan.
Vuonna 1899 saksalainen fyysikko Max Planck otti huomioon hänen nimensä nimittämän pituuden, joka koostui perusvakiista (Planckin vakio, painovoimavakio ja valon nopeus tyhjiössä) ja joka oli kymmenestä miinus kolmekymmentäkolmekymmentäkolmekykyistä senttimetriä. Tällä hetkellä tätä arvoa pidetään saavuttamattomana asteikkona nykyaikaisille kokeille, joissa jousiteoria toimii. Kymmenen senttimetrin asteikko miinus seitsemänteentoista senttimetrin tehoon logaritmisella asteikolla vastaa etäisyyden keskustaa. Siksi ennen "kaiken teorian" luomista on jäljellä sama aika kuin 116 vuotta on kulunut siitä, kun Planckin pituus otettiin käyttöön tieteessä.
Pituusasteikko.
Planckin pituuden pienuus mahdollistaa Polchinskyn mukaan tarvittavan vuorovaikutusten "smearingin", selittäen painovoiman teorian renormalisoitamattomuuden (mahdottomuuden eliminoida eroja). Siten SM ja sen kuvailemat kolme perustavanlaatuista vuorovaikutusta (sähkömagneettinen, heikko ja vahva) ovat renormalisoitavissa, kun taas naiivilla kvantisoinnilla saatu kvanttigravitaation versio (ts. Saman reseptin mukaan kuin klassisen kenttäteorian) jo häiriöteorian toisessa järjestyksessä osoittautuu eriävät.
Polchinskyn mukaan Planck-asteikolla avaruuden ja ajan vaihtelut tulevat merkittäviksi. Ne muodostavat ns. Avaruus-ajan vaahdon ja tarjoavat kvanttigravitaation naiivin version havaitun divergenssin. Historiallisena esimerkkinä tutkija mainitsee Enrico Fermin teorian, joka kuvaa kvalitatiivisesti hyvin heikkoa vuorovaikutusta, mutta jota ei ollut mahdollista muuttaa uudelleen.
Vasta Steven Weinbergin, Sheldon Glashow ja Abdus Salam loivat renormalisoitavan sähkövirtausteorian, jossa yhdistyvät sähkömagneettiset ja heikot vuorovaikutukset ja esittelevät välivaiheiset sähköäköiset bosonit, kun kävi selväksi, että Fermin teoria on vähän energiaa kuluttava lähestymistapa toiseen, yleisempaan malliin (tässä tapauksessa sähkövirta). … Polchinsky uskoo, että sama tapahtuu kvanttigravitaation kanssa.
Joseph Polchinsky.
Mainosvideo:
Polchinsky yhdistää merkkijonoteorian dynamiikan ainutlaatuisuuden vain yhden luonteen kuvaamiseen tarvittavan parametrin - ns merkkijonovakion - läsnäolon kanssa. Samaan aikaan tutkijan mukaan "kaiken teoriassa" ei tällä hetkellä ole yhdenmukaista periaatetta (ensimmäinen periaate), jonka avulla se voidaan päätellä deduktiivisella tavalla. Yleissuhteellisuudelle on olemassa tällainen elementti: painovoimakentän ja kiihtyvyyden liikkeen välisen paikallisen vastaavuuden periaate. Klassinen esimerkki tästä alkamisesta on hississä. Yhdenmukaisesti kiihdytetyllä liikkeellä ylöspäin suhteessa maahan, siinä oleva tarkkailija ei pysty selvittämään, onko se voimakkaammassa painovoimakentässä vai liikkuukö ihmisen tekemä esine.
Polchinsky mainitsee artikkelissaan kvanttivaihtelujen merkitystä merkkijonoteorian yhtälöiden ratkaisemisessa. Huolimatta siitä, että kvanttikenttäteorian ja yleisen suhteellisuusteorian nykyaikaiset yhtälöt kuvaavat havaittua maailmaa hyvin käytettävissä olevissa kokeellisissa asteikoissa, niitä voidaan modifioida, mikä ei ole ristiriidassa näiden teorioiden ensimmäisten periaatteiden kanssa. Samaan aikaan tämä johtaa vaikutuksiin, joita ei ole toistaiseksi havaittu, jotka ovat merkittäviä Planckin asteikolla.
Polchinsky viittaa sellaisiin modifikaatioihin kuin termien lisääminen korkeampien johdannaisten kanssa kvanttikenttiteorian yhtälöihin (tällä hetkellä kentien ensimmäisillä johdannaisilla on vain kvadraattisia termejä) ja avaruus-ajan kaarevuudessa kvadraattisten termien lisääminen Einsteinin yhtälöihin GR: ssä. Nämä lisäykset johtavat tarpeeseen ottaa huomioon avaruus-aika-vaahdon vaihtelut, jotka ovat olemassa jousiteorian ennusteiden mukaan Planck-asteikolla.
Kvanttivaahto.
Polchinsky selittää avaruuden roolin jousiteoriassa käyttämällä peilisymmetrian esimerkkiä, joka sallii olemassa olevien Eugenio Calabi ja Shintana Yau -kokoonpanojen olemassaolon, jotka tiivistettynä (taitettuna erittäin pieniin lisämääräisiin avaruusmittoihin) eri tiloista voivat johtaa samoihin alkuainehiukkasten ominaisuuksiin … Tämä (yhdessä mahdollisuuden ylimääräisten alueellisten ulottuvuuksien olemassaolon kanssa) viittaa siihen, että havaittu fysiikka on avaruus-ajan moniulotteisen geometrian ja sen rakenteen osoitus Planckin asteikolla.
Holografiana ymmärretty mittariteorioiden ja kvanttigravitaation kaksinaisuus antaa Polchinskyn mukaan kuvaa hiukkasfysiikan ja painovoiman yhtenäisesti. Hollantilaisen fyysikon Gerard t'Hooftin vuonna 1993 ehdottamassa holografisessa periaatteessa väitetään, että sen ulkoreunalla (keilalla) olevat tiedot ovat riittävät maailman matemaattiseen kuvaukseen: hologrammeista voidaan saada idea korkeamman ulottuvuuden kohteesta, joilla on alempi ulottuvuus.
Jousteoriassa sovellettaessa periaate ilmeni AdS / CFT-kirjeenvaihto-ajatuksessa, jonka argentiinalaista alkuperää oleva amerikkalainen teoreettinen fyysikko Juan Maldacena huomautti vuonna 1998. Tässä hypoteesissa fysiikan kuvauksen vastaavuus erityisissä tiloissa johtaa yksilöllisten yhteyksien olemassaoloon niiden parametrien - dualiteettien - välillä. Matemaattisesti tämä ilmenee suhteessa, joka sallii laskea jonkin teorian hiukkasten (tai jousien) vuorovaikutuksen parametrit, jos sellaiset tunnetaan toiselle.
Holografinen maailmankaikkeus.
Polchinsky yhdistää mustien reikien fysiikan ymmärtämisen edistymisen siihen tosiseikkaan, että Andrew Strominger ja Kumrun Wafa osoittivat vuonna 1996 jousuteorian puitteissa mustanreikien entropian ilmaisun johdannon, jonka israelilainen fyysikko Jacob Bekenstein sai vuonna 1973 termodynaamisesti. Heidän päätelmänsä osoittaa, että mustien reikien haihtuminen säilyttää kvanttimekaniikan yhtenäisyyden (liittyy todennäköisyyden johdonmukaiseen tulkintaan), jonka brittiläinen tutkija Stephen Hawking oli aiemmin kyseenalaistanut.
Polchinskyn mielestä mielivaltaisuus havaittujen vakiovakioiden arvoissa, vaikka se on vakava vaikeus "kaiken teoriassa", voi kuitenkin selventää joitain luonnon yleismaailmallisia piirteitä (erityisesti Multiverse: n olemassaoloa). Tutkija nimitti kosmologisen vakion nolla-arvon (lambda-termi Einsteinin yhtälöissä) päämerkiksi, joka osoittaa teoreettisesti rinnakkaisten maailmojen olemassaolon. Tutkijan mukaan valtaosa joustoteorioista liittyy Multiversoon. Nämä mallit sisältävät myös nollasta poikkeavan kosmologisen vakion. Eli Polchinskyn mukaan yksi ei voi olla olemassa ilman toista. Lisäksi fyysikko käytti Bayesin päättelyä multiversion olemassaolon todennäköisyydeksi 94 prosenttia (tämä vastaa kahden standardipoikkeaman tilastollista merkitsevyyttä).
"Saatat olla eri mieltä 94-prosenttisesta arviostani, mutta ei ole mitään järkevää väitettä siitä, että multiversia ei ole olemassa tai että se on epätodennäköistä", Polchinsky kirjoittaa. Tutkija suhtautuu optimistisesti kvanttigravitaation formulointinäkymiin (jousiteorian puitteissa), jatkaa työtä tähän suuntaan eikä sulje pois sitä, että "kaiken teorian" rakentaminen valmistuu aikataulusta eteenpäin - aikaisemmin kuin hänen ennustamansa vuosi 2131.
Andrey Borisov