Pytanie:
Czy skala Plancka sugeruje, że czasoprzestrzeń jest dyskretna?
vonjd
2011-05-11 14:34:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Najmniejszą jednostką w skali kwantowej jest skala Plancka, która jest miarą dyskretną.

Przychodzi mi do głowy kilka pytań:

  1. Czy to oznacza, że ​​cząstki mogą żyć tylko w dyskretnej strukturze przypominającej siatkę, tj. muszą „magicznie” przeskakiwać z jednej kieszeni do drugiej? Ale gdzie oni są pomiędzy? Czy to w ogóle prowadzi do starego paradoksu, że ruch jako taki jest niemożliwy (np. paradoks Zenona)?
  2. Czy to samo odnosi się do czasu (tj. Że jest on dyskretny) - ze wszystkimi wynikającymi z tego paradoksami?
  3. Czy z matematycznego punktu widzenia oznacza to, że zamiast równań różniczkowych należy używać równań różnicowych? (I sumy zamiast całek?)
  4. Czy z punktu widzenia metryki przestrzennej należy używać metryki dyskretnej (np. metryka Manhattan) zamiast starej, dobrej Pythagorasa ?

Dziękuję za udzielenie mi odpowiedzi i / lub referencji, do których mogę się zwrócić.

Aktualizacja: właśnie zobaczyłem to wezwanie na artykuły - w końcu wydaje się, że to dość temat: Is Reality Digital or Analog? FQXi Essay Contest, 2011. Zaproszenie do referatów (w Wayback Machine), Wszystkie eseje, Zwycięzcy. Można tam znaleźć całkiem niesamowite artykuły.

Prawdopodobnie powiązane: http://physics.stackexchange.com/q/817/2451 http://physics.stackexchange.com/q/9076/2451
Inny powiązany: http://physics.stackexchange.com/q/4453/
Jeśli chodzi o twój punkt widzenia na temat paradoksu Zenona, istnienie kwantów przestrzeni w rzeczywistości obaliłoby paradoks Zenona.Paradoks został wprowadzony przez nauczyciela Zenona Parmenidesa, aby udowodnić, że ruch jest niemożliwy, argumentując, że Achilles nigdy nie złapie żółwia, ponieważ gdy Achilles zbliży się do żółwia, będzie musiał pokonać połowę pozostałej odległości i połowę tej odległości, inigdy nie dotrze do końca połówek.Gdyby jednak przestrzeń została skwantyzowana, końcowe kwanty nie można było zmniejszyć o połowę, więc Achilles przekroczyłby ją i złapałby żółwia.
Jeśli prędkość światła jest również szybkością przyczynowości, czy istnieje granica najkrótszej długości fali, jaką może mieć foton, która wyrażona jako odległość staje się kwantem czasu lub go określa?
@Ernie Skoro paradoks Zenona zostaje obalony przez obserwację, czy oznacza to istnienie skwantowanej przestrzeni?
@Michael: Odpowiedź Lubosa Motla, poniżej, jest bardziej wnikliwa niż mój komentarz.Naiwnie założyłem, że skala Plancka jest rzeczywistością, a nie tylko sposobem pomiaru rzeczywistości.Jednak może istnieć mechanizm zapadkowy w skali Plancka, który umożliwia formowanie się materii i umożliwia ruch.Jest to hipoteza, którą należy udoskonalić i sprecyzować, jeśli ma być przetestowana.
Dwa odpowiedzi:
Luboš Motl
2011-05-11 14:45:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Odpowiedź na wszystkie pytania brzmi: Nie. W rzeczywistości nawet właściwa reakcja na pierwsze zdanie - że skala Plancka jest „miarą dyskretną” - brzmi: Nie.

Długość Plancka wartość odległości, która jest tak ważna, jak $ 2 \ pi $ razy odległość lub dowolna inna wielokrotność. To, że możemy mówić o skali Plancka, nie oznacza, że ​​odległość staje się w jakikolwiek sposób dyskretna. Możemy również mówić o promieniu Ziemi, co nie oznacza, że ​​wszystkie odległości muszą być jej wielokrotnościami.

W przypadku grawitacji kwantowej geometria ze zwykłymi regułami nie działa, jeśli (właściwe) odległości są uważane za krótsze niż skala Plancka. Ale ta nieważność klasycznej geometrii nie oznacza, że ​​cokolwiek w tej geometrii musi stać się dyskretne (chociaż jest to ulubiony mem promowany przez popularne książki). Istnieje wiele innych efektów, które sprawiają, że ostra, punktowa geometria, którą znamy, jest nieważna - i rzeczywiście wiemy, że w prawdziwym świecie geometria zapada się w pobliżu skali Plancka z innych powodów niż dyskretność.

Mechanika kwantowa ma swoją nazwę, ponieważ zgodnie z jej regułami niektóre wielkości, takie jak energia stanów związanych lub moment pędu, mogą przyjmować tylko „skwantowane” lub dyskretne wartości (wartości własne). Jednak pomimo nazwy nie oznacza to, że wszystkie obserwowalne w mechanice kwantowej muszą posiadać dyskretne widmo. Czy pozycje lub odległości mają dyskretne widmo?

Twierdzenie, że odległości lub czasy trwania stają się dyskretne w pobliżu skali Plancka, jest hipotezą naukową i może być - i faktycznie została - eksperymentalnie sfałszowana . Na przykład te dyskretne teorie nieuchronnie przewidują, że czas potrzebny fotonom na dotarcie z bardzo odległych miejsc Wszechświata do Ziemi będzie mierzalnie zależeć od energii fotonów.

Satelita Fermi wykazał, że opóźnienie wynosi zero w ciągu kilkudziesięciu milisekund

http://motls.blogspot.com/2009/08/fermi-kills-all-lorentz-violating.html

co dowodzi, że naruszenia symetrii Lorentza (szczególna teoria względności) wielkości, jakie nieuchronnie można uzyskać z naruszeń ciągłości czasoprzestrzeni, muszą być znacznie mniejsze niż to, co przewiduje ogólna teoria dyskretna.

W rzeczywistości argument używany przez satelitę Fermi wykorzystuje tylko najprostszy sposób narzucenia górnych granic naruszenia Lorentza. Korzystając z tak zwanej dwójłomności,

http://arxiv.org/abs/1102.2784

można poprawić ograniczone o 14 rzędów wielkości! To bezpiecznie zabija każdą możliwą do wyobrażenia teorię, która narusza symetrię Lorentza - lub nawet ciągłość czasoprzestrzeni - w skali Plancka. W pewnym sensie metoda dwójłomności zastosowana do rozbłysków gamma pozwala „zobaczyć” ciągłość czasoprzestrzeni przy odległościach, które są o 14 rzędów wielkości mniejsze niż długość Plancka.

Nie oznacza to, że cała fizyka na tych „odległościach” działa tak jak w dużej płaskiej przestrzeni. Tak nie jest. Ale z pewnością oznacza to, że niektóre elementy fizyczne - takie jak istnienie fotonów o dowolnie krótkich długościach fal - muszą działać tak samo, jak przy dużych odległościach. I bezpiecznie wyklucza wszelkie hipotezy, że czasoprzestrzeń może być zbudowana z oddzielnych, podobnych do klocków LEGO lub jakichkolwiek jakościowo podobnych klocków.

Dziękuję za tę wyczerpującą odpowiedź: +1! Zastanawiam się jednak, czy wszystkie Twoje ekspozycje są prawdziwe dla wszystkich teorii obecnych na rynku, zwł. pętla grawitacji kwantowej (http://en.wikipedia.org/wiki/Loop_quantum_gravity)? Jeszcze raz dziękuję.
... lub odwrotnie: czy wyklucza to eksperymentalnie np. pętla grawitacji kwantowej i tym podobne?
Tak. Nawet gdyby w LQG można było znaleźć rozwiązania prawie płaskiej przestrzeni, czego nikt nie może (i są szanse, że dzieje się tak dlatego, że w LQG nie ma płaskiej przestrzeni), nadal byłoby prawdą, że naruszyłoby to niezmienniczość Lorentza znacznie silniej niż eksperyment Górna granica. Sieci spinowe lub, mówiąc językiem integralnym ścieżki, pianka spinowa jest (nie tak) nowoczesną wersją XIX-wiecznego świecącego eteru. Nie tylko narusza niezmienniczość Lorentza, ale także niesie ze sobą ogromną gęstość entropii, która natychmiastowo spowalnia obiekty, podobnie jak gęsty 10 ^ {95} \, kg / m ^ 3 $ „woda” spowalnia pływaków.
Rozważałem postawienie pytania na ten temat. Twoja odpowiedź jest niezmiernie pomocna - że dowody wykluczają wszelkie formy podejścia LEGO do PG, ale jeśli formalny system węzłów nie tworzy ciągłej czasoprzestrzeni, to co robi ?! Czy twoje obecne ustalenia nie sugerują, że wszechświat nie mógł być w pełni zdefiniowany przez żaden system formalny, bez względu na to, jak zaawansowany i ekspansywny? Czy to nie przeczy twojej intuicji? Jakakolwiek ciągła geometria wymaga założenia nieskończoności istniejącej ... a to wydaje się niemożliwe.
To świetna odpowiedź. Chciałbym dodać, że skala Plancka pochodzi od sprzężenia z grawitacją i tak naprawdę powinna być zależna od energii, tak jak wszystkie inne stałe sprzężenia.
* co dowodzi, że naruszenia symetrii Lorentza (szczególna teoria względności) o wielkości, jaką nieuchronnie można uzyskać z naruszeń ciągłości czasoprzestrzeni, muszą być znacznie mniejsze niż to, co przewiduje ogólna teoria dyskretna. * IMO to twierdzenie jest zbyt dużo silny. W szczególności LQG nie czyni, jak początkowo sądzili niektórzy, takich przewidywań.
A co z paradoksem starego dobrego Zenona?Gdyby przestrzeń była ciągła, wszystkie odległości byłyby nieskończone ... nie?
@AlanRominger Nie do końca, mówi tylko, że symulacja wszechświata nie może być dowolnie dokładna.A nieskończoności same w sobie nie stanowią problemu - na przykład weźmy pod uwagę, że chociaż dana objętość może zawierać nieskończoną liczbę „punktów”, jej objętość jest nadal skończona.Jeśli masz ciągły układ współrzędnych i jedną cząstkę, masz nieskończone możliwe pozycje cząstki, ale wciąż tylko jedną cząstkę.
@Luxspes Nie ma to nic wspólnego z Paradoksem Zenona - można to całkowicie zadowalająco wyjaśnić jako sumę nieskończonej serii.Musisz tylko zdać sobie sprawę, że podczas gdy odległości zmniejszają się o połowę w każdej iteracji, tak samo jest z czasem.Pozorna nieskończoność pojawia się tylko dlatego, że ją dodałeś - skracając czas do nieskończonej liczby wydarzeń.Jeśli założymy, że w próżni Achillesa o stałej prędkości przemieszcza się po prostu liniowo w przestrzeni, tak jak żółw;jeśli nie będziesz dalej skracał przedziałów czasowych, znajdziesz jeden przedział, w którym Achilles jest z tyłu, a następny, gdzie jest * przed * żółwiem.
Tak, ale czym jest ruch, jeśli nie skokiem między dyskretnymi pozycjami?W prawdziwym kontinuum rzeczy po prostu nie mogą się poruszać, następna współrzędna zawsze byłaby nieskończenie daleko.
Czy wartości skwantowane nie mogą być postrzegane jako kontinuum wartości, które są zabronione w niektórych regionach?Na przykład analogia, której się nauczyłem, była taka, że orbitale elektronów mają dyskretne przejścia w taki sam sposób, w jaki tylko niektóre długości fal mogą tworzyć falę stojącą w pętli.
Tak, to właśnie oznaczają skwantowane lub dyskretne wartości.Moja odpowiedź mówi, że większość (no cóż, wszystkie) wartości współrzędnych w przestrzeni są dozwolone, a nie zabronione: pozycja jest wielkością z ciągłym widmem (tj. Widmem, w którym całe przedziały, prawie wszystkie liczby, * nie * są zabronione).
Tylko dlatego, że długość fali światła nie jest ograniczona przez kwantyzację, nie oznacza, że foton (cząstka) światła można zaobserwować, który przebył mniej niż długość Plancka.W rzeczywistości żaden taki pomiar nie może być wykonany bezpośrednio.Podobnie funkcja falowa opisująca pęd dowolnej masywnej cząstki opisuje gładki zakres prawdopodobieństwa, że cząstka znajdzie się lub nie zostanie znaleziona w danym, dyskretnym punkcie.Nie rozumiem, jak twoje stwierdzenie, że funkcje falowe są gładkie, zaprzecza dyskretnej, skwantyzowanej czasoprzestrzeni dla wszystkich punktów obserwowalnych.
Gdyby takie współrzędne, jak x, y, z były liczbami całkowitymi, to - zgodnie z właściwościami transformaty Fouriera - składowe pędu byłyby faktycznie okresowe.Można łatwo eksperymentalnie wykluczyć taką możliwość.Możliwe jest sfałszowanie dowolnego konkretnego dyskretnego obrazu, nie tylko współrzędnych o wartościach całkowitych, ponieważ wszystkie takie możliwości naruszałyby symetrię Lorentza - i naruszałyby inne znane fakty.Jeśli nie wiesz, jak obalić hipotezę, nie oznacza to, że fizycy nie wiedzą, jak ją obalić.
Jim Graber
2012-04-07 22:16:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Scenariusze skali minimalnej długości dla grawitacji kwantowej
arXiv: 1203.6191
Oto poważna uwaga (artykuł przeglądowy) uwzględniająca wiele możliwości czegoś podobnego do dyskretnej kwantowej skali długości. Ciesz się!
http : //arxiv.org/abs/1203.6191

nie wspominając o różnych dyskretnych podejściach do grawitacji kwantowej (niezależnie od prób ich bagatelizowania), np. pianek przędzalniczych, LQG itp.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...