Ahli fizik teori Joseph Polchinsky dari University of California di Santa Barbara meramalkan tahun penyelesaian penciptaan teori graviti kuantum. Menurut saintis, ini akan berlaku pada tahun 2131, dan ini berdasarkan teori rentetan, yang diakui oleh sebilangan besar ahli fizik dan matematik moden sebagai satu-satunya calon peranan "teori segalanya." Polchinsky, pemenang Hadiah Fizik Fundamental yang ditubuhkan oleh usahawan Rusia, Yuri Milner, menguraikan pertimbangannya dalam pra-cetak di laman web arXiv.org.
Dalam proses pengembangan, fizik meneliti skala jarak yang lebih kecil dan skala tenaga yang lebih besar. Pada awal abad ke-20, para saintis menerima idea pertama mereka mengenai fenomena yang berlaku pada skala atom. Sekarang, ahli fizik mempunyai akses ke skala sepuluh hingga minus ketujuh belas sentimeter, sesuai dengan eksperimen di Large Hadron Collider, yang memungkinkan untuk menemui boson Higgs. Membandingkan tahap dan kadar perkembangan fizik pada abad XX dan awal abad XXI, Polchinsky meramalkan bahawa menjelang 2131 teori graviti kuantum akhirnya akan dirumuskan. Untuk ini, saintis meneliti evolusi fizik selama seratus tahun yang lalu dan membandingkan pencapaian manusia dari skala tenaga tertentu dengan masa kejadian ini.
Pada tahun 1899, ahli fizik Jerman Max Planck memperkenalkan panjang yang dinamai selepasnya, terdiri daripada pemalar asas (pemalar Planck, pemalar graviti, dan kelajuan cahaya dalam vakum) dan sama dengan sepuluh hingga tolak tiga puluh tiga daya sentimeter. Pada masa ini, nilai ini dianggap sebagai skala yang tidak dapat dicapai untuk eksperimen moden di mana teori rentetan beroperasi. Skala sepuluh sentimeter hingga minus ketujuh belas sentimeter pada skala logaritmik sepadan dengan tengah jarak. Oleh itu, jumlah masa yang sama masih ada sebelum penciptaan "teori segalanya" kerana 116 tahun telah berlalu sejak pengenalan panjang Planck ke dalam sains.
Skala panjang.
Kekurangan panjang Planck memungkinkan, menurut Polchinsky, untuk memberikan "pemburuan" interaksi yang diperlukan, menjelaskan ketidakmampuan renormaliziz (kemustahilan menghilangkan perbezaan) teori graviti. Oleh itu, SM dan tiga interaksi asas yang dijelaskan olehnya (elektromagnetik, lemah dan kuat) dapat diubahsuai, sementara versi gravitasi kuantum yang diperolehi dengan pengkuantian naif (iaitu, menurut resipi yang sama dengan teori medan klasik), sudah ada dalam urutan kedua teori gangguan ternyata menyimpang.
Menurut Polchinsky, pada skala Planck, turun naik ruang-waktu menjadi ketara. Mereka membentuk busa ruang-waktu yang disebut dan memberikan perbezaan yang dilihat dari versi graviti kuantum yang naif. Sebagai contoh sejarah, saintis memetik teori Enrico Fermi, yang secara kualitatif menggambarkan interaksi yang lemah, tetapi tidak dapat diubahsuai.
Hanya setelah Steven Weinberg, Sheldon Glashow dan Abdus Salam membuat teori electroweak yang dapat diubahsuai yang menggabungkan interaksi elektromagnetik dan lemah dan memperkenalkan boson elektroweak pertengahan, menjadi jelas bahawa teori Fermi adalah penghampiran tenaga rendah dari model lain yang lebih umum (dalam kes ini, elektroweak) … Polchinsky percaya bahawa perkara yang sama akan berlaku dengan graviti kuantum.
Joseph Polchinsky.
Video promosi:
Polchinsky menghubungkan keunikan teori rentetan dengan kehadiran hanya satu parameter yang diperlukan untuk menggambarkan alam semula jadi - yang disebut pemalar tali. Sementara itu, menurut saintis, pada masa ini, "teori segalanya" tidak mempunyai prinsip seragam (prinsip pertama) yang memungkinkan untuk disimpulkan secara deduktif. Untuk relativiti umum, terdapat unsur seperti: prinsip kesetaraan tempatan antara medan graviti dan gerakan dengan pecutan. Contoh klasik permulaan ini adalah di lif. Dengan pergerakan ke atas yang dipercepat secara seragam terhadap Bumi, pemerhati di dalamnya tidak dapat menentukan sama ada ia berada dalam medan graviti yang lebih kuat atau bergerak dalam objek buatan manusia.
Dalam artikelnya, Polchinsky menyebutkan pentingnya fluktuasi kuantum untuk menyelesaikan persamaan teori rentetan. Walaupun fakta bahawa persamaan moden teori medan kuantum dan relativiti umum menggambarkan dunia yang diperhatikan dengan baik pada skala eksperimen yang ada, mereka dapat diubahsuai yang tidak bertentangan dengan prinsip pertama teori-teori ini. Sementara itu, ini membawa kepada kesan yang tidak diperhatikan sehingga kini, yang signifikan pada skala Planck.
Polchinsky merujuk kepada pengubahsuaian seperti pengenalan istilah dengan derivatif yang lebih tinggi ke dalam persamaan teori medan kuantum (pada masa ini, hanya terdapat istilah kuadratik dengan turunan pertama bidang) dan penambahan istilah kuadratik dalam kelengkungan ruang-waktu ke persamaan Einstein di GR. Penambahan ini membawa kepada keperluan untuk mempertimbangkan turun naik buih ruang-waktu yang ada, menurut ramalan teori rentetan, pada skala Planck.
Buih kuantum.
Polchinsky menerangkan peranan ruang untuk teori rentetan menggunakan contoh simetri cermin, yang memungkinkan adanya pelbagai manifold Eugenio Calabi dan Shintana Yau, yang, dipadatkan (dilipat menjadi dimensi spasial tambahan yang sangat kecil) dari ruang yang berbeza, dapat menyebabkan sifat yang sama dari zarah unsur … Ini (bersama dengan potensi adanya dimensi spasial tambahan) menunjukkan bahawa fizik yang diperhatikan adalah manifestasi dari geometri multidimensi ruang-waktu dan strukturnya pada skala Planck.
Dualitas teori tolok dan graviti kuantum, yang difahami sebagai holografi, akan memungkinkan, menurut Polchinsky, untuk menerangkan fizik zarah dan graviti secara seragam. Prinsip holografik, yang diusulkan pada tahun 1993 oleh ahli fizik Belanda Gerard t'Hooft, mendakwa bahawa maklumat yang terkandung di sempadan luarnya (balok) cukup untuk gambaran matematik tentang dunia: dalam hal ini, idea mengenai objek dengan dimensi yang lebih tinggi dapat diperoleh dari hologram, mempunyai dimensi yang lebih rendah.
Seperti yang diterapkan pada teori tali, prinsip itu terkandung dalam gagasan korespondensi AdS / CFT, yang ditunjukkan pada tahun 1998 oleh ahli fizik teori Amerika asal Argentina Juan Maldacena. Dalam hipotesis ini, kesetaraan penerangan fizik di ruang khas membawa kepada wujudnya hubungan unik antara parameternya - dualiti. Secara matematik, ini menampakkan diri dengan adanya hubungan yang memungkinkan seseorang untuk mengira parameter interaksi zarah (atau tali) salah satu teori, jika diketahui oleh yang lain.
Alam semesta holografik.
Polchinsky menghubungkan kemajuan dalam memahami fizik lubang hitam dengan fakta bahawa pada tahun 1996, dalam kerangka teori rentetan, Andrew Strominger dan Kumrun Wafa menunjukkan penurunan ekspresi untuk entropi lubang hitam, yang pertama kali diperoleh secara termodinamik oleh ahli fizik Israel Jacob Bekenstein pada tahun 1973. Kesimpulan mereka menunjukkan bahawa penyejatan lubang hitam memelihara unitaritas mekanik kuantum (dikaitkan dengan tafsiran kebarangkalian yang konsisten), yang sebelumnya dipersoalkan oleh saintis Britain, Stephen Hawking.
Kebodohan dalam nilai-nilai pemalar asas yang diperhatikan, menurut Polchinsky, walaupun merupakan kesukaran serius dalam "teori segalanya", namun dapat menjelaskan beberapa ciri universal alam (khususnya, keberadaan Multiverse). Saintis menamakan nilai bukan sifar pemalar kosmologi (istilah lambda dalam persamaan Einstein) sebagai ciri utama yang secara teorinya menunjukkan kewujudan dunia selari. Menurut saintis itu, sebahagian besar teori rentetan melibatkan Multiverse. Model-model ini juga mengandungi pemalar kosmologi bukan sifar. Iaitu, menurut Polchinsky, satu tidak boleh wujud tanpa yang lain. Lebih-lebih lagi, dengan menggunakan inferensi Bayesian, ahli fizik menganggarkan kebarangkalian keberadaan Multiverse pada 94 persen (ini sesuai dengan kepentingan statistik dari dua sisihan piawai).
"Anda mungkin tidak setuju dengan anggaran 94 peratus saya, tetapi tidak ada argumen rasional bahawa multiverse itu tidak ada, atau tidak mungkin," tulis Polchinsky. Saintis itu optimis mengenai prospek perumusan gravitasi kuantum (dalam kerangka teori rentetan), terus berusaha ke arah ini dan tidak mengecualikan bahawa pembinaan "teori segalanya" akan disiapkan lebih awal daripada jadual - lebih awal dari tahun 2131 yang diramalkan olehnya.
Andrey Borisov
