Εξηγώντας τη βαρύτητα, χωρίς την θεωρία των χορδών;

Posted on 09/11/2020

0


Εδώ και δεκαετίες, οι περισσότεροι φυσικοί πιστεύουν ότι η θεωρία χορδών θα γίνει ο συνδετικός κρίκος μεταξύ της θεωρίας γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν και της κβαντικής μηχανικής. Η πρώτη περιγράφει τους νόμους της φύσης στην κλίμακα του μακρόκοσμου, και η δεύτερη στην κλίμακα του μικρόκοσμου. Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο Ράντμπουντ στο Ναϊμέχεν υποστηρίζουν ότι η θεωρία χορδών δεν είναι η μόνη θεωρία που θα μπορούσε να να συνδέσει τις δύο θεωρίες. Δείχνουν ότι είναι δυνατή μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας που να υπακούει σε όλους τους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής, χωρίς να απαιτείται η εισαγωγή των χορδών. Δημοσίευσαν την πρότασή τους στο περιοδικό Physical Review Letters την περασμένη εβδομάδα [«Finite Quantum Gravity Amplitudes: No Strings Attached» , Tom Draper, Benjamin Knorr, Chris Ripken, and Frank Saueressig]

Όταν μελετάμε φαινόμενα τα οποία καθορίζονται από το βαρυτικό πεδίο, όπως η κίνηση πλανητών ή η κάμψη του φωτός όταν διέρχεται κοντά από μια μαύρη τρύπα, όλα δείχνουν πως ακολουθούν τους νόμους που διατύπωσε ο Αϊνστάιν στην θεωρία της γενικής σχετικότητας. Από την άλλη πλευρά, η σχετικιστική κβαντική μηχανική, συμπεριλαμβανομένου και του Καθιερωμένου Προτύπου, είναι μια θεωρία που περιγράφει τις φυσικές ιδιότητες της φύσης στην μικρότερη κλίμακα των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων. Αν και αυτές οι δύο θεωρίες μας επιτρέπουν να εξηγήσουμε σχεδόν κάθε θεμελιώδες φυσικό φαινόμενο που παρατηρούμε, μεταξύ τους βρίσκονται σε αντίθεση. Οι φυσικοί αντιμετωπίζουν ανυπέρβλητες δυσκολίες όταν επιχειρούν να συνδυάσουν τις δύο θεωρίες για να εξηγήσουν τη βαρύτητα τόσο στη μεγαλύτερη όσο και στη μικρότερη κλίμακα.

Στη δεκαετία του 1970, οι φυσικοί πρότειναν μια σειρά από νέες αρχές φυσικής για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, επεκτείνοντας τους νόμους που προτείνονται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Σύμφωνα με την θεωρία των χορδών, δεν υπάρχουν σημειακά σωματίδια, αλλά χορδές: μονοδιάστατα αντικείμενα που δονούνται. Από το ξεκίνημά της, η θεωρία χορδών ήταν το δημοφιλέστερο θεωρητικό πλαίσιο που προσπαθούσε να οδηγήσει την γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν προς μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας.

Όμως, οι θεωρητικοί φυσικοί από το Πανεπιστήμιο Radboud ανήκουν στο αντίπαλο στρατόπεδο. Υποστηρίζουν ότι η θεωρία χορδών δεν είναι ο μόνος τρόπος για να γίνει αυτό. Δείχνουν ότι είναι δυνατό να εξηγηθεί η βαρύτητα χρησιμοποιώντας κβαντική μηχανική χωρίς καμία χρήση των θεμελιωδών νόμων της θεωρίας χορδών. Η ιδέα ότι τα πάντα αποτελούνται από σημειακά σωματίδια θα μπορούσε να συνδυαστεί με την κβαντική βαρύτητα, χωρίς να περιλαμβάνει χορδές. Κι αυτή η θεωρητική προσέγγιση στο πλαίσιο της φυσικής σωματιδίων επαληθεύεται επίσης πειραματικά, για παράδειγμα, στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Aυτή η εναλλακτική θεωρία φαίνεται ελκυστική, δεδομένου ότι η θεωρία των χορδών είναι εξαιρετικά δύσκολο να επαληθευθεί πειραματικά (… κάποιοι το θεωρούν αδύνατο).

Η προτεινόμενη θεωρία χρησιμοποιεί τις φυσικές αρχές που έχουν ήδη δοκιμαστεί πειραματικά. Με άλλα λόγια: κανείς δεν παρατήρησε ποτέ χορδές σε πειράματα, ενώ τα σωματίδια είναι αντικείμενα που βλέπουμε στα πειράματα. Έτσι γεφυρώνεται το αδιέξοδο χάσμα μεταξύ θεωρητικών προβλέψεων και πειραμάτων.

Οι Draper et al, έχοντας δείξει πρώτα ότι οι ιδέες τους είναι ικανές να επιλύσουν μακροχρόνια προβλήματα στη σωματιδιακή φυσική, διερευνούν τις προκύπτουσες επιπτώσεις των νέων νόμων τους στο επίπεδο των μαύρων οπών. Σε τελική ανάλυση, υπάρχει μόνο ένα σύνολο νόμων της φύσης και αυτό το σύνολο πρέπει να μπορεί να εφαρμόζεται σε όλα τα είδη των ερωτήσεων, όπως,
τι συμβαίνει όταν συγκρούονται σωματίδια με υπερβολικά μεγάλες ενέργειες ή τι συμβαίνει όταν τα σωματίδια πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα. Πρόκειται για φαινομενικά άσχετες ερωτήσεις και θα ήταν μεγάλο επίτευγμα να βρεθεί μια ενιαία θεωρία που θα τις απαντά χρησιμοποιώντας τα ίδια εργαλεία.
Πάντως, το σίγουρο είναι πως δεν αρκούν τα ευχολόγια …

πηγές: https://www.ru.nl/english/news-agenda/news/vm/imapp/2020/explaining-gravity-without-strings-attached/ και
Finite Quantum Gravity Amplitudes — no strings attached

Click to access 2007.00733.pdf