Всем привет!
Это подкаст Звездануло, в котором я перевожу сложную науку на человеческий язык.
Сегодня я решил разобраться в сложной теме, к которой боялся подходить довольно долго.
Вот вам Ютубчик:
Вот вам Яндекс.музыка:
Поехали!
Раз уж мы начали копаться в гравитации – так и продолжим.
Если помните, Эйнштейн разработал специальную и общую теории относительности, но помирить их у него не получилось, так что приходится отдуваться потомкам. Как их помирить? Нужно найти способ перенести гравитацию в микромир, то есть, создать квантовую теорию гравитации.
На этом поприще было поломано много копий; много умов взбудоражила эта тайна, но никому пока не покорилась.
Итак, у нас есть два кандидата на примирение гравитации и специальной теории относительности. Петлевая квантовая гравитация и теория струн.
Если с теорией струн мы уже знакомились в подкасте, то пришло время поговорить о петлевой квантовой гравитации. Сегодня чисто познакомимся, а уж в дебри будем лезть в другой раз.
Но пару слов о теории струн всё же стоит сказать. Она говорит о том, что всё в мире, включая пространство и время, включая все частицы и взаимодействия, может быть описано струнами, их колебаниями и характеристиками.
Да, для зануд – кроме струн, есть браны в разных размерностях, но они и есть аналог струн. То есть, 0-брана – это тупо точка материальная, 1-брана – это и есть струна, 2-брана, то есть плоская лента, скажем так – это мембрана, а там дальше – больше. И все эти многомерные браны являются аналогом струны в высших размерностях. То есть, в пятимерном пространстве мы будем в качестве фундаментальной частицы рассматривать четырёхмерную брану, грубо говоря. Описание довольно грубое, но вполне адекватное, как мне кажется.
Занудный режим деактивирован.
А вот петлевая квантовая гравитация говорит о свойствах самого пространства-времени. Хотя, скорее, стоит говорить про пространство, потому что есть мнение, что в итоге эта теория может прийти к выводу, что время – это возникающий феномен, и вообще-то его не существует самого по себе отдельно.
Всё, переходим к закадру…
Ладно, не переходим.
Помните выпуски про размерности и теории относительности? Если нет – не страшно, но послушать-таки стоит.
В общем, сейчас действительно важно представлять себе гравитацию именно как геометрию пространства-времени, а не отдельную силу.
И если теория струн предлагает нам мир на поверхности браны, всё материальное описывает струнами, а вообще вся эта история то ли в 10, то ли в 11 то ли в 26 измерениях и так далее, то петлевая квантовая гравитация относится к делу немного прозаичнее.
Есть четыре измерения. Точка.
Но в отличие от теории струн, пространство-время дискретны, то есть на каком-то уровне они превращаются не в гладкое полотно, скажем так, а в отдельные частицы, которые друг с другом связаны. Я видел сравнение с простынёй, мол, вроде она гладкая, а присмотришься – и увидишь отдельные петли. Мне кажется, что всё же эти петли из одной нитки, а в петлевой квантовой гравитации мы рассматриваем что-то вроде кольчуги. То есть отдельные петли пространства-времени, которые связаны в одно большое полотно. Петли эти имеют планковские размеры, то есть – мы пока их не можем наблюдать. Планковская длина – это предел для физики в принципе.
Давайте немного разберемся, что это за длина-то такая. Для этого мы вспомним радиус Шварцшильда и познакомимся с длиной волны Комптона. Шварцшильдовский радиус – это радиус, в который надо сжать массу, чтобы она стала простой черной дырой. А длина волны Комптона немножко посложнее. Есть частицы. У них есть массы. Это пока нормально. А теперь мы берем эту массу, подставляем в эйнштейновскую формулу E = mc^2 и находим значение энергии. Так вот, комптоновская длина волны – это длина волны фотона с такой вот энергией, которая соответствует массе рассматриваемой частицы.
Уловили? Ладно, есть две формулы.
Приравняли, сократили, получили вполне простую формулу. Собственно, комптоновскую длину волны и радиус Шварцшильда на таких величинах считают равными, то есть, вроде как мы рассматриваем элементарные частицы и черные дыры – то есть, искривление пространства-времени. Так что, получается, что планковская длина – это длина, на которой мы можем рассматривать искривление пространства-времени в квантовом мире. Самое приближенное приближение к квантовой гравитации.
Прикиньте, как люди исхитрились, чтобы сначала понять, что общая теория относительности не сочетается со специальной, начать изучать квантовый мир, потом понять, на каких именно масштабах проходит грань между СТО и ОТО, а потом на основе этих масштабов написать разные теории квантовой гравитации, одна из которых говорит, что вообще-то пространство-время – это гладкое полотно, но если всматриваться, то на тех масштабах, на которых мы переходим в квантовый мир, то есть, в СТО, пространство-время-таки похоже на ячеистую сеточку. Как тетрадный лист в клеточку, блин.
Если вы слушали выпуск про теорию относительности, то можете вспомнить, что Эйнштейн хотел всё на свете описать через именно геометрию пространства-времени, но учёный мир ушел в изучение квантовой физики, стандартной модели и всего такого. Если Эйнштейн хотел описать вселенную – как простыню, на которой накиданы яблоки, арбузы, звёзды, галактики и всё остальное, то наука пошла рассматривать именно арбузы, яблоки и прочую фигню. Теория струн тоже описывает больше именно объекты в пространстве-времени. Помните, я сказал, что браны рассматриваются в высшем измерении?
Петлевая квантовая гравитация описывает как раз простыню, на которой всё лежит. Эйнштейн одобряет, как мы понимаем.
Понятие спиновой сети и спиновой пены мы рассмотрим как-нибудь в другой раз, но скажу один факт. Петлевая квантовая гравитация говорит нам, что кванты гравитации – её мельчайшие переносчики не находятся нигде в пространстве. Они и есть пространство.
Один из основоположников этой теории – Карло Ровелли считает, что в конечном итоге петлевая квантовая гравитация покажет, что времени самого по себе не существует, и оно, по сути возникающий феномен.
Сегодня нельзя экспериментально проверить ни теорию струн ни теорию петлевой квантовой гравитации, но вроде как считают немного более достижимым эксперимент, который сможет проверить именно наши петли.
Сейчас, вроде пытаются помирить уже струны и петли, но это тема для совсем другого выпуска.
Ну и вот теперь уже точно можно к закадру переходить.
Ребят, накидывайте темы для будущих эпизодов, ну и донаты, конечно.
Ну и не забываем про отзывы, лайки, оценки на всяких сервисах, где вы слушаете этот подкаст, репосты, можно поймать пару знакомых за пуговицу и рассказать им про наш звезданутый подкаст.
На сегодня всё.
С вами был Роман Юдаев.
Услышимся в следующем выпуске.
