Это, я думаю, довольно свободный или общий вопрос, и поэтому я надеюсь, что вы можете опубликовать его на этом форуме. Но я полагаю, в этом вся наука: спрашивать и смотреть, что происходит. Это просто личный интерес, чтобы увидеть, было ли уже что-то сделано по этому поводу, или люди думают об этом или заинтересованы в его изучении.
Я читал эту статью о том, как измерение времени делает время более нечетким по отношению к часам, и это заставило меня задуматься о сходстве между измерениями пространства и времени и о том, почему мы основываем все наши теории на предположении, что пространство и время являются заданными. . Общая теория относительности является хорошим примером. Пространство и время — почти нерушимая ткань, через которую движется все, даже если масса ее изгибает. Почти во всех разделах физики образует эшафот, на котором мы возводим все наши теории и все наши данные. Что, если они были продуктом чего-то более фундаментального?
Мой вопрос таков : возможно ли/полезно/интересно/уже сделано переформулировать КТП (и, возможно, квантовую гравитацию) в терминах чего-то отличного от пространства-времени и посмотреть, выпадут ли пространство и время как естественное следствие.
Возможно ли, что они являются следствием взаимодействий частиц, которые определяются другими переменными. Что если, отбросив наши представления о пространстве и времени, мы обнаружим что-то очень похожее, но не совсем то же самое.
Какие предположения нужно было бы сделать, чтобы вернуться к системе, напоминающей КТП? Так как это, кажется, было довольно хорошей оценкой реальности до сих пор. (по крайней мере, с одной небольшой проблемой)
Что, если присутствие частиц вакуума допускает «пустое» пространство? Что, если частица становится (да, время, терминология немного трудна, когда речь идет о пространстве-времени) менее определенной, она определяет больше пространства для заполнения? Что, если масса, искажающая пространство-время, является нагрузкой на серию частиц, каждая из которых притягивает или толкает друг друга и, следовательно, искажает их структуру и поведение, а, следовательно, и видимый пространственно-временной эффект, исходящий от этих частиц?
В сущности, можно ли изменить нашу формулировку таким образом, чтобы пространство-время не было фундаментальным?
Я понимаю, что это довольно сумасшедшие идеи по сравнению с устоявшейся теорией, но я просто выкладываю их, чтобы посмотреть, что думают люди. Я думаю, что идея захватывающая, и, возможно, кто-то еще тоже.
Вы недалеки от одной из главных тем исследований современности. Она известна как квантовая гравитация (КГ), т. е. сочетание квантовой теории (КТ) и общей теории относительности (ОТО). Возможно, у этого вопроса уже есть связанные вопросы на этом сайте, но ваш заслуживает ответа из-за того, о чем вы подумали.
Больше объяснений ниже, но конечный результат заключается в том, что мы не знаем, что происходит в очень-очень малом масштабе, где (или время, или очень-очень высокие энергии - числа ниже, но далеко не все, что мы можем в настоящее время увидеть или экспериментировать на ) пространство-время может не иметь никакого смысла, и в таких масштабах вещи могут выглядеть скорее как бесформенное высокоэнергетическое пузырение «вещей», которое Уилер назвал квантовой пеной, где пространство-время еще не существует, как и никакие частицы, которые мы знать. Мысль/надежда заключалась в том, что по мере увеличения шкалы размеров из нее выходит пространство-время. На самом деле существует несколько теорий (действительно предложенных теорий) относительно того, как это может выглядеть на самом деле. Идея того, что это может выглядеть так, заключается в том, что при таких размерах и временных интервалах то, что в противном случае могло бы быть пространством-временем, подвергается квантовым флуктуациям, которые булькают повсюду. . Теория пены никогда не была полностью сформирована, ее современная версия называется спиновыми сетями. См. статью о квантовой пене наhttp://abyss.uoregon.edu/~js/ast123/lectures/lec17.html , который включает рисунок, часто используемый для изображения того, как он может выглядеть, когда вы смотрите на все более и более мелкие масштабы.
То, как пространство-время выглядело в раннепланковское время, также могло бы существовать в нашей Вселенной сейчас, если бы мы выглядели достаточно маленькими, т. е. в масштабе Планка, меньшими, чем любые элементарные частицы.
Считалось, что эта эпоха в эволюции Вселенной была первой, на что была похожа Вселенная, и называлась эпохой Планка. Масштабы были от Большого Взрыва Вселенной до примерно сек.
См. историю Вселенной в Википедии, чтобы узнать о планковской эпохе по адресу https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe .
В такие моменты мы ожидаем, что для объяснения того, что там есть, необходима теория квантовой гравитации.
То же самое верно, если мы попытаемся СЕЙЧАС посмотреть на шкалу размеров примерно м. Никаких атомов, частиц или пространства-времени — всего того, что Квантовая Гравитация может описать как вещи.
Квантовая гравитация описана и обсуждается в статье Википедии https://en.m.wikipedia.org/wiki/Quantum_gravity .
Понятно, что в очень-очень малом масштабе (масштабе времени, масштабе размера или более высокой шкале энергии, примерно на 15 порядков больше, чем энергия, до которой мы можем ускорить частицы в Большом адронном коллайдере; оказывается, что эти масштабы эквивалентны и называется шкалой Планка) QT и GR оба применяются, поэтому они должны работать вместе. Но когда мы пытаемся заставить их работать вместе, результаты либо противоречивы, либо приводят к бесконечностям, от которых мы не можем избавиться. Эта последняя проблема помечена как то, что квантование ОТО приводит к неперенормируемой теории.
В настоящее время существует ряд теорий QG. Наиболее известными из них являются Теория струн (ST и ее родственники, Суперструны и Теория М) и Loop QG (LQG).
СТ говорит, что в этих масштабах существуют квантовые струны и их расширения до более высоких измерений, таких как 2 мембраны, 3 объема и т. д. СТ требует 10 или 11 пространственно-временных измерений, все пространственные, кроме одного, являются временными. Идея состоит в том, что все, кроме четырех, заключены в субмикроскопические размеры и называются многообразиями Калаби-Яу. Вы можете увидеть изображение одного из них в статье QG Wikipedia. Различные вибрации струн, составляющих теорию, приводят к различным возможным частицам во Вселенной, и динамика СТ решает, что происходит. Одной из этих частиц является гравитон со спином 2, и фактически на более низких масштабах энергии ST восстанавливает общую теорию относительности (т. е. что изменения или кривизна пространства-времени — это гравитация и ее уравнения). Проблема с ST в том, что у него слишком много произвольных параметров, и экспериментальных подтверждений этому найти не удалось. Наиболее проработанная недавняя часть теории — это та, в которой может действовать голографический принцип, и были найдены результаты, в которых решение String было найдено на основе этого голографического принципа (также называемое соответствием CFT/AdS, если вы хотите выполнить поиск). СТ также является теорией всего. (TOE), он призван объединить/объяснить все силы. ST помечен как зависящий от фона, для начала он постулирует лоренцево пространство-время в 10-11 измерениях. Голографический принцип делает его слабо независимым от фона. СТ также является теорией всего. (TOE), он призван объединить/объяснить все силы. ST помечен как зависящий от фона, для начала он постулирует лоренцево пространство-время в 10-11 измерениях. Голографический принцип делает его слабо независимым от фона. СТ также является теорией всего. (TOE), он призван объединить/объяснить все силы. ST помечен как зависящий от фона, для начала он постулирует лоренцево пространство-время в 10-11 измерениях. Голографический принцип делает его слабо независимым от фона.
Другая теория, LQG, не зависит от фона (т. е. не предполагает никакого пространственно-временного фона для начала), но она не стремится быть TOE, а только гравитацией в квантовой сфере. Вы можете погуглить. Не так много текущих исследований по нему, как по различным версиям ST, хотя ST (за исключением версий CFT/AdS) находится в затишье, потому что зависит от истинности суперсимметрии (не полностью, а в самых простых версиях), и мы продолжаем при не обнаружении суперсимметричной частицы, хотя энергии LHC должны быть в диапазоне самых легких. Таким образом, все остается в игре, без четкого представления о том, как может выглядеть истинная теория QG.
Суть в том, что никто не знает, как выглядит или чем является пространство-время в планковских масштабах и меньше, и пока у нас не будет работающей и полупроверенной теории, пространство-время в том виде, в каком мы его знаем, может не существовать в этих масштабах. Работа «Квантовая гравитация» направлена на выяснение того, что представляет собой пространство-время в этих масштабах.
Да, проблема в том, что вы можете перенести вопрос немного дальше, в область математики. Любая физика, которую мы можем описать с помощью математики, имеет, по крайней мере, те же «ограничения», что и математика. А это значит, что любую математическую теорию можно описать в терминах множеств. Итак, существует только одно: пустое множество. Из пустого набора вы строите все, даже самые большие бесконечности. Или, если вы ограничиваете вселенную возможными вычислимыми вселенными, вы можете сказать, что существует только счетная цепочка с адекватными начальными условиями и работает правило клеточного автомата 110.. Тогда вы можете спросить себя, почему именно эти начальные условия среди других столь же оправданных (т.е. неоправданных)? Что каким-то образом приводит к идее сильного платонизма (он же теория мультивселенной Макса Тегмарка). Теорий (т.е. вселенных) гораздо больше, чем предсказывает теория струн.
Поиск чего-то с 10 или более измерениями в очень малых масштабах может быть увлекательной работой, но однажды должна быть связь с пространством и временем. Возможно, струнные теории могли бы объяснить, почему пространство сжимается и расширяется, а время течет медленнее или быстрее с точки наблюдения, далекой от локальной точки интереса.
Но время и трехмерное пространство столь фундаментальны, как ничто другое. В нем заключено все, и наше бытие, и каждое научное наблюдение. Заявленный пространственно-временной континуум есть не что иное, как исповедание времени и 3D-пространства, дополненное знанием того, что пространство имеет искривленную топологию из-за массовых скоплений.
Квантовая механика ... это раздел физики, который является фундаментальной теорией природы в малых масштабах и низких энергиях атомов и субатомных частиц. Википедия
Я цитирую это потому, что иногда предпринимаются попытки приспособить КМ к макроскопическим процессам. Проблемой объединения КМ и ОТО являются наши знания о том, как электромагнитное излучение следует по геодезической траектории, инициированной гравитационным потенциалом от массовых скоплений.
Но я полагаю, в этом вся наука: спрашивать и смотреть, что происходит.
Вот одна из таких попыток: Является ли изменение энергии в гравитационном поле электромагнитным явлением?
Пространство и время являются неизбежным свойством Вселенной, как сказал Боб Би, вы очень близки к одной из основных тем исследований физики сегодня - объединению квантовой физики и общей теории относительности для формирования квантовой теории гравитации, эта теория позволит нам сформулировать - "Теорию Всего", которая окончательно объединит все фундаментальные силы Вселенной в одну. Мы сформулировали квантовые теории для всех других сил — электромагнитных, слабых ядерных и сильных ядерных. Гравитация — единственная сила, которая упущена из виду из-за неизбежного свойства предельного присутствия пространства и времени. Я объясню это без каких-либо математических расчетов или ссылок. Три другие фундаментальные силы не требовали наличия пространственно-временной ткани для объяснения своего существования и действия. но сама Гравитация построена на пороге этого свойства. Чтобы сформулировать квантовую теорию гравитации, мы должны либо исключить пространственно-временное свойство гравитации, либо включить его в состав трех других фундаментальных сил.
Общая теория относительности описывает гравитацию как следствие искривления ткани пространства и времени, вызванного присутствием массы или энергии. Ньютоновская теория гравитации просто объясняла гравитацию как силу, которая существует, не объясняя причину ее существования. То, о чем вы говорите, уже сделано в теории, известной как квантовая петлевая теория гравитации, в которой пространство и время не являются величинами, сплетенными в единую ткань, а сама ткань состоит из маленьких кусочков пространства и времени, и что есть такие неделимые куски. Следовательно, неделимые куски пространства и времени утверждают, что тело может занимать наименьшее возможное пространство и что может произойти простейшее событие. Были и другие попытки, все из которых имеют математический смысл, но не могут быть проверены экспериментально.
дакотапёрл
Боб Би
Боб Би
ХольгерФидлер