Pytanie:
Czy grawitacja może być wyłaniającą się własnością natury?
Sklivvz
2010-11-23 03:35:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Przepraszamy, jeśli to pytanie jest naiwne. To tylko ciekawostka, którą mam.

Czy istnieją teoretyczne lub eksperymentalne powody, dla których grawitacja nie powinna być wyłaniającą się własnością natury?

Załóżmy model standardowy widok świata w bardzo małym. Czy to możliwe, że grawitacja ma zastosowanie tylko do układów o skali dostatecznie dużej, aby objąć bardzo dużą liczbę cząstek jako właściwość wschodzącą?

W końcu: model standardowy działa bardzo dobrze bez grawitacji; ogólna teoria względności (i ogólnie grawitacja) była mierzona tylko w odległościach w skali milimetrowej.

Jak mogła się pojawić grawitacja? Na przykład może się zdarzyć, że czasoprzestrzeń jest zakrzywiona tylko przez systemy, które mają mierzalne właściwości lub tylko przez średnie wartości. Innymi słowy, tensor energii naprężenia ma minimalną skalę, według której się zmienia.


Edytuj, aby lepiej wyjaśnić, o czym myślę.

  1. Nie mielibyśmy właściwej grawitacji kwantowej jako takiej. To znaczy. brak jednolitej teorii, która zawierałaby QM i GR w tym samym czasie.
  2. Moglibyśmy mieć „małą” (prawdopodobnie półklasyczną) teorię kleju, która wystarczy wyjaśnić, w jaki sposób te dwie teorie się krzyżują:
    • warunki i mechanizm redukcji pakietów fal (lub inne analogiczne zjawiska w innych interpretacjach QM, takie jak rozgałęzienie wszechświata, dekoherencja itp.)
    • jak to jest skorelowane z krzywizną - jak zjawiska GM powstają w tym punkcie przejścia.

Czy istnieją teoretyczne lub eksperymentalne powody, dla których takie rozumowanie jest zasadniczo niepoprawne?

Co masz na myśli mówiąc „skala”? Jeśli chodzi o wymiary przestrzenne, to uważam, że to, co mówisz, sugeruje, że osobliwości nie powinny mieć grawitacji. A może masz na myśli, że do wytworzenia grawitacji wymagana jest pewna masa?
Myślę, że mój przykład sugeruje, że nie byłoby osobliwości, ale kilka innych zjawisk, które są bardzo podobne. Zachowywałyby się skutecznie jak osobliwości powyżej pewnej skali (tj. Miałyby tę samą metrykę poza, powiedzmy, kulą wokół potencjalnej osobliwości)
Nie wiem, co dokładnie oznacza „skala”. Moje pytanie nie brzmi „oto teoria wariatów, proszę strzel w nią”, jest to pytanie bardziej ogólne, a odpowiedź może brzmieć: „nie, to niemożliwe, ponieważ nie można zdefiniować skali”
Jestem „ciekawy”, jak definiujesz emergent. Na pewnym poziomie wszystkie fizyczne prawa natury „wyłaniają się”!
@Noldorin, mam na myśli w tym pytaniu, czy jest to zgodne z eksperymentem dotyczącym teorii wszechświata, w którym czasoprzestrzeń jest płaska na poziomie kwantowym i jest zakrzywiona tylko w odniesieniu do „pomiaru”, przy założeniu, że model standardowy dobrze żyje bez GR i nawzajem.
@Sklivvz: Wystarczająco dobre; Widzę, skąd pochodzisz. (Wątpię, czy „emergentny” jest dobrze zdefiniowanym terminem w fizyce.) Wydaje mi się, że interesujące pytanie, chociaż nawet najlepszą odpowiedzią może być tylko przypuszczenie.
@Sklivvz Polecam edytować nagłówek. W obecnej postaci jedyną odpowiedzią jest: „Oczywiście, co jeszcze?”.
-1
@Noldorin, w Wikipedii jest artykuł na temat emergencji. 50 lat temu, kiedy studiowałem, to było nazywane „zjawiskiem kooperacyjnym” (np. Zachowanie ferromagetyczne), które było dużo bardziej wymowne i precyzyjne.
Nie widziałem tutaj tego argumentu, ale dla mnie osobiście przełomem jest to, że poszczególne cząstki kwantowe „odczuwają” pole grawitacyjne we właściwy sposób i wiemy to z bardzo dobrą eksperymentalną precyzją np.eksperyment Colelli-Overhausera-Wernera (lub nawet stare dobre przesunięcie ku czerwieni pojedynczych fotonów).Stwierdzenie, że cząstki kwantowe „prawidłowo” odczuwają grawitację, ale tak naprawdę nie są ich źródłem, to tak, jakby powiedzieć, że Księżyc poczuje grawitację ziemską, ale oceany Ziemi nie poczują pływu Księżyca.
Sześć odpowiedzi:
QGR
2011-01-09 21:11:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pomimo wszystkiego, co napisałem w mojej drugiej odpowiedzi, Xiao-Gang Wen podejmuje bardzo interesującą próbę wymyślenia wyłaniających się modeli grawitacji, zaczynając od modeli sieci kwantowych bez grawitacji i interakcji z najbliższym sąsiadem. Jego prace można znaleźć na gr-qc / 0606100 i arXiv: 0907.1203. Udało mu się wykazać, że kwazicząstki bez przerwy energetycznej i helikalności $ \ pm 2 $ mogą się wyłonić bez towarzyszenia helikalności $ \ pm 1 $ lub $ 0 $ kwazicząstek. To, czy ten model można uznać za model grawitacji, to inna sprawa.

Dziękuję za wspomnienie o naszej pracy. Po 6 latach i wielu czasopismach (Science, PRL, PRB, NJP, JHEP, NPB), [jeden] (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0550321312002593) naszych artykułów zostaje ostatecznie opublikowanych w NPB . Sprawozdania arbitrów i nasze odpowiedzi przedstawiają szczegółowe dyskusje między dwoma różnymi punktami widzenia na temat grawitacji kwantowej: pojawienie się a punkty widzenia geometrii / miernika. Wymiana opinii jest ważna i pomocna w rozwoju grawitacji kwantowej. Dlatego lubię udostępniać [te wymiany] (http://dao.mit.edu/~wen/pub/cosmos.html), które są związane z postawionym tutaj pytaniem
Jeśli chodzi o pytanie „Czy te modele można uznać za model grawitacji?”, To bardzo dobre pytanie. Nasze modele wytwarzają zlinearyzowaną grawitację kwantową i mogą być pierwszymi modelami, które wytwarzają zlinearyzowaną grawitację kwantową (popraw mnie, jeśli się mylę, i zobacz moje pytanie). Więc następnym problemem jest to, jak nieliniowa grawitacja kwantowa może wyłonić się z niektórych modeli sieci. W każdym razie nasze wyniki faworyzują wyłaniające się pochodzenie grawitacji.
c. również. http://physics.stackexchange.com/review/suggested-edits/1493
Stefano Borini
2010-11-23 03:49:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie jestem ekspertem w dziedzinie grawitacji, ale to wiem.

Istnieje hipoteza, że ​​grawitacja jest własnością entropii. Artykuł firmy Verlinde jest dostępny pod adresem arXiv. To powiedziawszy, byłbym zaskoczony, gdyby to była prawda. Powód jest prosty. Jak zapewne wiesz, entropia jest wyłaniającą się właściwością ze statystycznego prawdopodobieństwa. Jeśli masz nie oddziałujące, wymiarowe cząstki w jednej połowie pudełka, a druga połowa jest pusta i oddzielona zaworem, to prawdopodobieństwo, a więc entropia, napędza transformację. Jeśli spojrzysz na to z energetycznego punktu widzenia, energia jest dokładnie taka sama przed i po transformacji. Działa to dobrze w przypadku dystrybucji statystycznej, ale kiedy musisz wyjaśnić, dlaczego rzeczy są do siebie przyciągane statystycznie, jest to znacznie trudniejsze. Z probabilistycznego punktu widzenia byłoby odwrotnie: im więcej stopni swobody mają twoje cząstki, tym większą mają entropię. Kępka ma mniej stopni swobody, a więc mniej entropii, co oznacza, że ​​w systemie zamkniętym istnienie grawitacji jest zaskakujące. To jest poza moimi spekulacjami i myślę, że się mylę. Artykuł wydaje się przyjemny do przeczytania, ale nie miałem okazji go przejrzeć.

Artykuł Verlinde jest w zasadzie zagmatwanym, źle skomponowanym przepisaniem artykułu Teda Jacobsona w 1995: http://arxiv.org/abs/gr-qc/9504004
Grawitacja zwiększa entropię. Innymi słowy, skupisko musi mieć większą entropię niż chmura tych samych cząstek. W przeciwnym razie grawitacja naruszyłaby prawa termodynamiki! Chodzi o to, że gdy materia się skupia, musi tracić energię. Energia jest tracona jako pewna forma promieniowania o wysokiej entropii. Co ciekawe, zarówno grawitacja, jak i entropia mają asymetryczny kierunek: grawitacja jest tylko atrakcyjna, entropia rośnie w tym samym kierunku czasu.
QGR
2010-12-31 11:45:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Możesz zajrzeć do twierdzenia Weinberga-Wittena, które pokazuje, że jest to niemożliwe przy pewnych założeniach. Jeśli pierwotnym modelem, z którego ma wyłonić się grawitacja kwantowa, jest zwykła kowariantna kwantowa teoria pola Poincarégo nad płaską niedynamiczną przestrzenią Minkowskiego, to wykazali, że nie jest możliwe wyłonienie się bezmasowych helikopterów $ \ pm 2 $ cząstek. Ponieważ teoria grawitacji kwantowej powinna zawierać grawitony, wydaje się to wykluczać takie modele. Oczywiście założenia te są wątpliwe. Na przykład teoria, z której wyłania się grawitacja, może nie być kwantową teorią pola. Tak jest w przypadku teorii superstrun.

Inną możliwością może być to, że „fundamentalny” model nie jest kowariantem Lorentza. Jednak nadal potrzebujemy teorii niskiej efektywności energetycznej, aby była kowariantem w przybliżeniu Lorentza. W typowych analogowych modelach materii skondensowanej różne kwazicząstki łączą się z różnymi metrykami i nie ma uniwersalności sprzężeń grawitacyjnych ani prędkości światła. O ile wszystkie kwazicząstki nie pojawią się razem, nie widzę sposobu obejścia tego problemu.

Może być trochę trudno wymyślić twierdzenie o energii dodatniej w wyłaniającej się teorii grawitacji. Twierdzenie o energii dodatniej stwierdza, że ​​energia ADM asymptotycznie płaskiej czasoprzestrzeni zawsze musi być nieujemna. W teorii emergentnej energia ADM może równie łatwo być ujemna dla niektórych stanów. Aby to zobaczyć, należy najpierw zauważyć, że energia ADM może być zdefiniowana lokalnie jako granica, gdy przechodzimy do przestrzennej nieskończoności lokalnie zdefiniowanej całki na otaczającej powierzchni przestrzennej z jednym przestrzennym i jednym czasowym kodem. Jeśli przyjmiemy, że teoria „fundamentalna” jest lokalna, oznacza to, że wyłaniający się teraz strumień ADM również musi być zdefiniowany lokalnie w kategoriach bardziej fundamentalnych pól. Gdy otaczająca granica staje się coraz większa i większa, jej zewnętrzna krzywizna staje się coraz bliższa zeru. Jeśli mamy dodatni strumień ADM przechodzący przez płaszczyznę - zgodnie z definicją w odniesieniu do wyboru normalnej orientacji wektora - odbicie od płaszczyzny da nam inny stan, w którym ten strumień ADM jest teraz ujemny. Możemy więc z pewnością wyobrazić sobie dokonanie pewnego rodzaju przybliżonej refleksji na temat otaczającej podrozmaitości na podstawie lokalnej mozaiki, przynajmniej dla regionów na lub wokół otaczającej powierzchni. Następnie musimy znaleźć interpolację powstałego stanu daleko w głąb wnętrza, co oczywiście może wcale nie wyglądać jak odbicie. Ale jeśli fundamentalna teoria spełnia również lokalną niezależność, powinno to być możliwe. Ale końcowym rezultatem całej tej konstrukcji jest stan z ujemną wyłaniającą się energią ADM. Wiem, że ten argument jest bardzo zawstydzony i pozbawiony wigoru, ale brzmi wiarygodnie. Ale mogą istnieć pewne luki. Na przykład fundamentalna teoria może być lokalna, ale pojawiające się wzbudzenia na dużą skalę - a zatem pojawiająca się czasoprzestrzeń - mogą być zdelokalizowane w odniesieniu do leżącej u podstaw czasoprzestrzeni tła. Albo podstawowa teoria może być z natury nielokalna.

@Jason,, czy mógłbyś wyjaśnić, w jakim sensie twierdzenie Weinberga-Wittena zabrania zjawiska grawitacji? Twój drugi punkt jest dobry z kilkoma zastrzeżeniami. W teorii emergentnej, mówiąc ogólnie, należałoby zsumować stany mikroskopijnego zespołu sieci spinowych (lub strun), aby otrzymać półklasyczną geometrię. Stany w tym zespole mogą mieć ujemną energię w.r.t operatora kwantowego odpowiadającego klasycznej obserwowalnej ADM. Można jednak mieć nadzieję, że pewne „naturalne” ograniczenia uniemożliwiłyby takim stanom przyczynianie się do fizycznych obserwacji.
@space_cadet: Mój komentarz nie dotyczy pętlowej grawitacji kwantowej ani innej teorii z ograniczeniami Hamiltona. Ale wydaje się, że Sklivvz pyta o pojawienie się grawitacji kwantowej na podstawie kwantowej teorii pola, która nie może dopuścić ograniczeń Hamiltona.
@QGR # 1. wszystko, co mówię, to to, że każdy „wyłaniający się” model ostatecznie przyniesie GR w pewnych granicach. Niezależnie od tego, czy mówisz o wynikowym GR w hamiltonianie, czy o działaniu (kowariantnym), fizyka będzie taka sama. # 2. Dla wyjaśnienia - czy mówisz, że QFT nie może przyjąć ograniczonej formulacji?
@space_cadet: Kwantowa teoria pola może dopuszczać ograniczenia Gaussa, ale nie ograniczenia Hamiltona.
@QGR - QFT z ograniczeniem Hamiltona, tj. $ H | \ Psi> $ dla wszystkich stanów fizycznych $ | \ Psi> $, nie ma * lokalnych * stopni swobody. Ale może mieć topologiczne (z grubsza nielokalne) d.o.f. Jest to znane jako TQFT. Przykładem jest teoria Cherna-Simonsa.
AdS / CFT omija twierdzenie Weinberga-Wittena poprzez tworzenie grawitacji w wymiarach d + 1 z teorii pola w wymiarach d.
j.c.
2010-11-23 08:52:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Czy powszechnie uważa się, że odpowiedź na pytanie o tytuł brzmi „tak”?

Jeśli uważasz, że poszukiwanie tego, co teoretycy wysokich energii nazywają „teorią wszystkiego”, jest cenne i wartościowe przedsięwzięcie, to prawdopodobnie również wierzysz, że grawitacja w obecnym rozumieniu (powiedzmy Ogólna teoria względności) „wyłania się” z jakiejś głębszej teorii (w sensie efektywnej teorii ) , która jednoczy ją ze wszystkimi innymi znanymi siłami podstawowymi .

Oczywiście nikt jeszcze nie wie na pewno, czym jest ta teoria, ale powiedziano mi, że pewne odmiany teorii strun są najbardziej realnymi kandydatami od 2010 roku. Możesz znaleźć pewne wskazówki o tym, jak grawitacja wyłania się z teorii strun w kilku pierwszych zdaniach tej odpowiedzi Erica Zaslowa.

Być może Eric Zaslow lub jakiś inny ekspert mógłby podać więcej szczegółów na poziomie, na przykład, mówiąc, w jaki sposób równania Einsteina wynikają z teorii strun (zadałbym to jako pytanie na tej stronie, z wyjątkiem tego, że wiem Mogę znaleźć odpowiedź w każdej książce o teorii strun, jeśli tylko zechcę się przyjrzeć). Powiedziano mi, że ma to coś wspólnego z równaniami grupowymi renormalizacji konformalnej teorii pola na arkuszu świata, ale obawiam się, że nie mogę tutaj dalej odtworzyć ani wyjaśnić tego argumentu.

Przez moje pytanie mam na myśli, czy jest możliwe, że w rzeczywistości NIE ma żadnego skwantyzowanego pola sił grawitacyjnych. Grawitacja istniałaby tylko klasycznie.
Obawiam się, że nie do końca rozumiem, co to znaczy. Mechanika kwantowa nie może odnosić się tylko do niektórych zjawisk we wszechświecie; gdyby tak było, byłoby mnóstwo sprzeczności.
j.c. wszystkie odmiany teorii strun są w rzeczywistości tym samym wyrażeniem matematycznym w inny sposób, jak wykazał Ed Witten.
Masz na myśli @Cem:, jak przypuszczał Ed Witten
Racja, przepraszam za absolutny ton. Nie zdawałem sobie sprawy, że są co do tego kontrowersje.
Cóż, nie powiedziałbym, że są jakieś kontrowersje. To, co zrobił Ed Witten, jest ogólnie akceptowane, ale nawet on powiedziałby, że nie daje to pełnego zrozumienia teorii M.
user2592
2011-03-17 06:23:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W grudniu Carlo Rovelli podsumował ostatnie dwadzieścia lat programu badawczego grupy naukowców zajmujących się teorii pętli kwantowej grawitacji. Krótko mówiąc, LQG argumentuje, że grawitacja jest właściwością czasoprzestrzeni, a nie kwantową teorią pola, w której pośredniczy bozon, i że czasoprzestrzeń jest zasadniczo dyskretna z punktowymi lokalizacjami w czasoprzestrzeni połączonymi siecią połączeń z wzajemnie. W tym podejściu, opisanym trzema głównymi równaniami, wyłania się liczba wymiarów w samej czasoprzestrzeni i ani lokalność, ani liczba wymiarów czasoprzestrzeni nie są dobrze zdefiniowanymi pojęciami na najdrobniejszym poziomie. Znajdujesz się w punkcie A i połączonym z punktami B, C i D, powiązanymi równaniami, które powtarzane w nieskończoność są dobrze przybliżone ciągłą, czterowymiarową przestrzenią, która może spełniać właściwości GR w przybliżeniu klasycznym. Jak podsumowuje program badań:

„Istnieją istotne poszlaki, które wskazują, że granica dużej odległości w teorii jest poprawnie ogólną teorią względności, z analizy asymptotycznej i z obliczeń funkcji n-punktowych na duże odległości oraz w spienie spinowej kosmologii; istnieją otwarte kierunki badań, aby wzmocnić te dowody. Stopnie swobody są poprawne, a teoria jest ogólnie kowariantna: granica niskiej energii prawdopodobnie nie będzie czymś więcej niż ogólna teoria względności. Ale nie ma jeszcze solidnego dowodu ”.

Rexcirus
2017-12-01 03:06:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pytanie jest dość stare, ale w międzyczasie w literaturze pojawiły się nowe pomysły.

Ciekawą możliwością jest to, że grawitacja jest wyłaniającą się właściwością bardziej fundamentalnej teorii kwantów.W szczególności przestrzeń i czas wyłaniają się ze splątania pól kwantowych, a grawitację można wywnioskować z kwantowych ograniczeń informacyjnych.To bardzo fascynująca propozycja i jest wiele obliczeń potwierdzających ten pomysł.

Te teorie w znacznym stopniu wykorzystują korespondencję AdS / CFT, która jest rzeczywiście dwoistością między teorią grawitacji a teorią kwantową bez grawitacji.

Poradnik pedagogiczny



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 2.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...