Θεωρία Βρογχικής Κβαντικής Βαρύτητας
Loop Quantum Gravity, LQG, Κβαντική βαρύτητα βρόχων
Πεδίο Φυσικό Πεδίο Κλασσικό Πεδίο Κβαντικό Πεδίο Βαρυτικό Πεδίο Ηλεκτρικό Πεδίο Μαγνητικό Πεδίο Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο Ασθενές Πεδίο Ηλεκτρασθενές Πεδίο Χρωμικό Πεδίο Ενιαίο Πεδίο
Ομογενές Πεδίο Κεντρικό Πεδίο Σωληνοειδές Πεδίο Συντηρητικό Πεδίο
Μαθηματικό Πεδίο Βαθμωτό Πεδίο Ανυσματικό Πεδίο Τανυστικό Πεδίο
Φυσικές Θεωρίες Χημικές ΘεωρίεςΓεωλογικές Θεωρίες Βιολογικές Θεωρίες Οικονομικές Θεωρίες Φιλοσοφικές Θεωρίες
- Μία Φυσική Θεωρία για την δομή και εξήγηση του Βαρυτικού Πεδίου και του Χωρόχρονου
Εισαγωγή[]
Η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχων (LQG), γνωστή επίσης και ως βαρύτητα βρόχων και Κβαντική Γεωμετρία, είναι μια Κβαντική Θεωρία του Χωροχρόνου που προσπαθεί να συνενώσει δύο φαινομενικά ασυμβίβαστες θεωρίες την Κβαντική Πεδιακή Θεωρία και την Γενική Σχετικότητα.
Ανήκει σε μια οικογένεια θεωριών που ονομάζεται κανονική κβαντική βαρύτητα και θεωρεί ότι ο Χώρος και ο Χρόνος είναι κβαντισμένοι, δηλ. ότι αποτελούνται, ακριβώς όπως και η Ύλη, από "κόκκους" δηλ. ελάχιστες και διακριτές - δηλαδή, κβαντισμένες - ποσότητες.
Ιστορία[]
Με την εμφάνιση της Γενικής Σχετικότητας, ο Χώρος συνδυάστηκε και συσσωματώθηκε με το Χρόνο, σε ένα ενιαίο αλλά παραμορφώσιμο από την ύπαρξη της ύλης και της ενέργειας, Χωροχρόνο.
Αντίθετα, στην Κβαντική Φυσική, ο Χωρόχρoνος παραμένει καθορισμένος και σταθερός αλλά η ύλη γίνεται τώρα ακαθόριστη, δηλαδή οι τροχιές των σωματιδίων μπορούν να εκφραστούν μόνο ως νέφη πιθανοτήτων.
Σε μια θεωρία που θα συνεδύαζε τα χαρακτηριστικά της κβαντικής θεωρίας και της βαρύτητας, ο Χωροχρόνος θα έπρεπε να είναι και παραμορφώσιμος και "συγκεχυμένος", και αυτό είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί.
Στην LQG, το Χωροχρονικό Συνεχές αντικαθίσταται από έναν Χώρο ο οποίος στη μικρότερη κλίμακα του αποτελείται από μικροσκοπικά, αδιαίρετα «άτομα» Χώρου και Χρόνου.
Στη νέα θεωρία το μήκος, η επιφάνεια και ο όγκος του χώρου δεν μπορούν να έχουν μέγεθος μικρότερο από κάποιες τιμές, οι οποίες προσδιορίζονται από το μήκος Planck, που ισούται περίπου με 10-33 cm.
Αντίστοιχα, κάθε κβάντο χρόνου έχει μέγεθος που αντιστοιχεί στον χρόνο Planck: περίπου 10-43 sec.
Για τους φυσικούς αυτές οι μονάδες Planck σηματοδοτούν και το απόλυτο όριο των γνώσεων που σήμερα κατέχουμε για την εξέλιξη του Σύμπαντος, καθώς προσδιορίζουν την κλίμακα εκείνη κάτω από την οποία οι κλασσικές ιδέες περί Βαρύτητας και Χωροχρόνου καταρρέουν. Περιγράφουν, με άλλα λόγια, μια «εποχή» (αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη) όπου η Βαρυτική Αλληλεπίδραση ήταν ενοποιημένη με τις άλλες τρεις αλληλεπιδράσεις της Φύσης.
Ο στοιχειώδης όγκος, ένα κβάντο όγκου, έχει μέγεθος της τάξης των 10-99 cm3. Ένας κύβος ζάχαρης μεγέθους ενός κυβικού εκατοστού περιέχει περισσότερα κυβικά μήκη Planck από όσους τέτοιους κύβους ζάχαρης χωράει ολόκληρο το ορατό Σύμπαν ή αλλιώς ένα και μόνο πικοδευτερόλεπτο - ίσο με ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου - περιέχει περισσότερους χρόνους Planck από το σύνολο των πικοδευτερολέπτων που έχουν παρέλθει από την αρχή του Σύμπαντος. Δεν είναι, λοιπόν, καθόλου περίεργο το ότι εμείς αντιλαμβανόμαστε το Σύμπαν ως συνεχές, παρ' όλο που αυτό μπορεί να είναι κβαντισμένο.
Χορδιακή Θεωρία[]
Η LQG δεν είναι η μόνη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας είναι και η θεωρία των υπερχορδών που σήμερα είναι η επικρατέστερη για το σκοπό αυτόν.
Στη θεωρία υπερχορδών, η συγχώνευση των δύο κορυφαίων θεωριών του 20ου αιώνα επιτυγχάνεται με την υπόθεση ότι οι θεμελιώδεις λίθοι της ύλης είναι μικροσκοπικές μονοδιάστατες χορδές, και ότι οι διάφορες ταλαντώσεις των χορδών, παίζουν το ρόλο των σωματιδίων, που παρομοιάζονται με τις μουσικές νότες των χορδών αυτών.
Αν και η θεωρία χορδών βρίσκει ένα τρόπο να ενσωματώσει την Βαρύτητα σε μια κβαντική περιγραφή της ύλης, εν τούτοις πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι έχει μειονεκτήματα τα οποία μας εμποδίζουν να την θεωρήσουμε ως τελική θεωρία.
Για παράδειγμα, η θεωρία προϋποθέτει μέχρι και 10 χωρικές διαστάσεις, που είναι πολύ δύσκολο να τις ανακαλύψουμε πειραματικά. Και κάτι ακόμα πιο θεμελιακό, ενώ οι χορδές προσφέρονται για την περιγραφή της ύλης, οι ίδιες δεν εξηγούν τον Χώρο μέσα στον οποίο αναπτύσσονται.
Ένα άλλο μειονέκτημα της θεωρίας υπερχορδών είναι η έννοια της υπερσυμμετρίας - μιας βαθύτερης συμμετρίας, η οποία συνδέει τα βοσόνια και τα φερμιόνια. Σύμφωνα με αυτήν, σε κάθε φερμιόνιο που υπάρχει στη Φύση αντιστοιχεί ένα υπερσυμμετρικό βοσόνιο και το αντίστροφο. Μέχρι τώρα δεν έχουν υπάρξει ενδείξεις για την ύπαρξη υπερσυμμετρικών σωματιδίων.
Πλεονεκτήματα της LQG[]
Η κβαντική βαρύτητα βρόχων από την άλλη διατηρεί πολλά από τα σημαντικά χαρακτηριστικά της Γενικής Σχετικότητας, ενώ συγχρόνως υιοθετεί την κβαντοποίηση και του Χώρου και του Χρόνου στην κλίμακα Planck σύμφωνα με την παράδοση της Κβαντικής Θεωρίας. Η συγχώνευση των δύο θεωριών κατορθώνεται με την υπόθεση ότι ο ίδιος ο Χώρος αποτελείται από κινητούς μικροσκοπικούς βρόχους.
Η αρχική προσέγγιση του Lee Smolin[]
Η αφετηρία της θεωρίας ήταν η σχέση μεταξύ της βαρυτικής δύναμης και της στρέβλωσης του χωροχρόνου, την οποία περιέγραψε ο Αϊνστάιν στη γενική θεωρία της σχετικότητας. Σύμφωνα μ' αυτήν, η βαρυτική δύναμη οφείλεται στη στρέβλωση ή καμπύλωση του χωροχρόνου, την οποία προκαλεί η παρουσία της ύλης στο Σύμπαν. Όπως το έθεσε πολύ όμορφα ο φυσικός John Wheeler: "Η ύλη λέει στο χώρο πώς να καμπυλώνεται και ο χώρος λέει στην ύλη πώς να κινείται".
Αν φαντασθεί κανείς τον χωροχρόνο ως ένα γιγάντιο τεντωμένο ύφασμα, τα άστρα, οι πλανήτες και κάθε άλλο αντικείμενο με μάζα στρεβλώνουν και καμπυλώνουν την επιφάνεια του. Εάν ένα αντικείμενο βρεθεί στο χείλος της καμπύλωσης, θα κυλήσει αυτόματα προς το σώμα που καμπύλωσε το χωροχρόνο, σαν να υπάρχει μια αόρατη δύναμη που το τραβάει προς τα εκεί. Ένας τρόπος για να περιγράψουμε τις καμπυλώσεις αυτές με μαθηματικούς όρους είναι να προσεγγίσουμε την επιφάνεια ως ένα ψηφιδωτό που αποτελείται από πολλές μικρότερες επιφάνειες, οι οποίες θα κλίνουν προς ελαφρώς διαφορετικές διευθύνσεις. Όσο πιο μικρές είναι οι «ψηφίδες» αυτές, τόσο καλύτερα μπορούν η επιφάνεια και το «μωσαϊκό» να συμπέσουν.
Αυτή ακριβώς ήταν και η ιδέα του Lee Smolin καθώς και του Carlo Roveli του Kέντρου για τη Θεωρητική Φυσική της Μασσαλίας. Εάν κατόρθωναν να αποδείξουν ότι οι ψηφίδες δε θα μπορούσαν να τεμαχίζονται επ' άπειρον, τότε ο χωροχρόνος - και η βαρυτική δύναμη μαζί με αυτόν - θα ήταν κβαντισμένος. Αντίθετα, αν η κατάτμηση θα μπορούσε να συνεχίζεται επ' άπειρον, η ιδέα περί κβαντισμένου χωροχρόνου θα έπρεπε να απορριφθεί.
Τελικά η μεθοδολογία αυτή οδήγησε σε έναν κβαντισμένο χώρο, αποτελούμενο από μικρά κομμάτια με μήκος ακμής ίσο με ένα μήκος Planck, τα οποία εκπροσωπούν επιπλέον την κβαντική κατάσταση της βαρυτικής δύναμης.
Ας κρατήσουμε, ωστόσο, στην άκρη του μυαλού μας ότι, όταν λέμε πως ο χώρος στην LQG είναι κβαντισμένος, δεν εννοούμε απλά ότι αποτελείται από έναν πολύ μεγάλο αριθμό μικρών κύβων όπως αυτούς που προαναφέραμε. Η απάντηση είναι πολύ πιο πολύπλοκη και δεν μπορεί να περιγραφεί χωρίς τη χρήση του απαραίτητου μαθηματικού φορμαλισμού. Είναι, όμως, μια προσέγγιση.
Ο ιστός του χώρου είναι ένα δίκτυο σπιν με γραμμές και κόμβους (τελείες). Ο μικρότερος όγκος 10-99 εκατοστά αντιστοιχεί σε ένα κόμβο που το φως θέλει χρόνο 10-43 δευτερόλεπτα για να τον διασχίσει. Μεταξύ των κόμβων και πάνω στις γραμμές τοποθετούνται σύμβολα που αναπαριστούν ή τις δυνάμεις της φύσης, όπως πχ η δύναμη της βαρύτητας, ή διάφορα σωματίδια που βρίσκονται εκεί. Η κίνηση σωματιδίων στο χώρο απεικονίζεται με αυτά τα σύμβολα να μετακινούνται με το μικρότερο δυνατό βήμα. Ο κβαντικός χωρόχρονος περιγράφεται από αντίστοιχα διαγράμματα, που ονομάζονται αφροί σπιν.
Αυτό το αραχνοΰφαντο δίκτυο από μικροσκοπικές ψηφίδες του Smolin είναι εντελώς χαοτικό. Για να το περιγράψουν, οι ερευνητές επινόησαν ένα νέο τρόπο απεικόνισης του, ο οποίος προσφέρει πολύ ευκολότερο μαθηματικό χειρισμό. Σύμφωνα μ' αυτόν, κάθε μικρό «κομμάτι» χώρου, για παράδειγμα ένας κύβος, απεικονίζεται ως μια τελεία, από την οποία προεξέχουν 6 γραμμές, που συμβολίζουν τις έδρες του. Όταν δύο τέτοιοι κύβοι εφάπτονται, τότε παριστάνονται με δύο τελείες που ενώνονται με μία γραμμή (η οποία συμβολίζει την κοινή τους έδρα), ενώ άλλες 5 γραμμές προεξέχουν από την κάθε τελεία.
Είναι προφανές το πόσο πολύπλοκοι μπορούν να γίνουν τέτοιοι συνδυασμοί, οι οποίοι, εκτός από κύβους, μπορεί να περιλαμβάνουν και κάθε άλλο πολυεδρικό σχήμα. Τα μαθηματικά που περιγράφουν τις διάφορες κβαντικές καταστάσεις του χώρου προσδιορίζουν τον τρόπο με τον οποίο ενώνονται κάθε φορά μεταξύ τους αυτές οι τελείες και οι γραμμές - και κάθε τέτοιο διάγραμμα αντιπροσωπεύει και μια διαφορετική κβαντική κατάσταση. Επιπλέον, για να γίνουν τα πράγματα ακόμη πιο πολύπλοκα, τα διαγράμματα αυτά που σχεδιάζουν οι θεωρητικοί σε δύο διαστάσεις θα πρέπει να τα φαντάζονται ως τρισδιάστατα, γιατί τον τρισδιάστατο χώρο αντιπροσωπεύουν. Όλο αυτό το πολύπλοκο κουβάρι σχηματίζει ένα τεράστιο δίκτυο, το λεγόμενο «δίκτυο σπιν». Ο πρώτος που συνέλαβε την ιδέα των δικτύων των σπιν ως αφηρημένων όμως γραφημάτων, ήταν ο Άγγλος μαθηματικός Roger Penrose κατά την δεκαετία του 60.
Τα δίκτυα σπιν που περιγράφουν το χώρο στην LQG μπορούν, ακόμη, να συμπεριλάβουν και την έννοια του χωροχρόνου: Με την προσθήκη μιας νέας διάστασης - του χρόνου -, οι γραμμές των δικτύων σπιν μετατρέπονται σε δισδιάστατες επιφάνειες, ενώ τα σημεία μεταβάλλονται σε γραμμές, σχηματίζοντας ένα ακόμη πιο πολύπλοκο μωσαϊκό, το οποίο αποκαλείται «αφρός σπιν» (spin foam).
Η προσέγγιση της Μαρκοπούλου[]
Η Φωτεινή Μαρκοπούλου προσέγγισε τον επιπλέον χώρο της LQG με το εξής σκεπτικό: Γιατί να μην αρχίσουμε με τα δίκτυα σπιν του Penrose (τα οποία δεν είναι εμβαπτισμένα σε άλλο προϋπάρχοντα χώρο), να εισάγουμε μερικά από τα αποτελέσματα της LQG, και να δούμε τι βγαίνει;
Το αποτέλεσμα ήταν δίκτυα που εν "κατοικούν" μέσα στο χώρο και δεν είναι κατασκευασμένα από ύλη. Αντίθετα μάλλον, η ειδική αρχιτεκτονική τους γεννά το χώρο και την ύλη. Στην εικόνα αυτή δεν υπάρχουν αντικείμενα, παρά μόνο γεωμετρικές σχέσεις. Ο χώρος παύει να είναι ένας τόπος όπου συμβαίνει η κίνηση των σωματιδίων, αλλά αντίθετα γίνεται ένα καλειδοσκόπιο συνεχών αλλαγών δομών και διαδικασιών.
Κάθε δίκτυο σπιν θυμίζει ένα στιγμιότυπο, μια "παγωμένη" στιγμή του Σύμπαντος. Τα δίκτυα των σπιν εξελίσσονται και αλλάζουν με βάση απλούς μαθηματικούς κανόνες, και γίνονται μεγαλύτερα και πιο πολύπλοκα, καθώς προοδευτικά αναπτύσσονται προς τον χώρο μεγάλης κλίμακας μέσα στον οποίο κατοικούμε.
Οι Κώνοι φωτός, δημιουργούνται από το γράφημα της τροχιάς του φωτός σε συνάρτηση με το χρόνο. Ο τρισδιάστατος Χώρος εδώ έχει απλουστευθεί μόνο σε δύο διαστάσεις, ορίζει όλες τις παρελθοντικές και μελλοντικές συνδέσεις ενός γεγονότος.
Ακολουθώντας αυτή την εξέλιξη, η Μαρκοπούλου-Καλαμάρα μπορεί να εξηγήσει τη δομή του χωροχρόνου. Πιο συγκεκριμένα, ισχυρίζεται ότι οι αφηρημένοι βρόχοι μπορούν να παράγουν μερικά από τα πιο διακριτά χαρακτηριστικά της θεωρίας του Einstein. Δηλαδή τους κώνους φωτός, τις περιοχές του χωροχρόνου όπου το φως ή οτιδήποτε άλλο σωμάτιο μπορεί να φτάσει σε κάποιο γεγονός. Οι κώνοι φωτός μας λένε ότι η αιτία προηγείται του αποτελέσματος. Μπορούμε ν' αντιληφθούμε αυτό το συμπέρασμα όταν κοιτάζουμε προς τα επάνω, στον ουρανό, και γνωρίζουμε ότι υπάρχουν αναρίθμητα άστρα που δεν μπορούμε να δούμε γιατί δεν έχει περάσει ακόμα αρκετός χρόνος από τη γέννηση του Σύμπαντος, για να φτάσει το φως τους ως εμάς. Είναι δηλαδή έξω από τον δικό μας κώνο φωτός.
Δεν είναι ωστόσο προφανές, πώς οι κώνοι φωτός εμπλέκονται στα δίκτυα των σπιν. Τα δίκτυα αυτά υπόκεινται στους νόμους της κβαντομηχανικής. Σ' αυτή τη θαυμαστή χώρα της αβεβαιότητας, κάθε δίκτυο έχει τη δυνατότητα να εξελίσσεται σε άπειρα καινούργια, χωρίς να είναι αναγκασμένο να υπακούει στην αιτιότητα. Όμως η Μαρκοπούλου-Καλαμάρα βρήκε ότι με το να βάλει κώνους φωτός στους κόμβους των δικτύων, η εξέλιξή τους έγινε πεπερασμένη και η αιτιότητα διατηρήθηκε.
Ένα δίκτυο σπιν όμως αναπαριστάνει ολόκληρο το Σύμπαν, και αυτό δημιουργεί ένα μεγάλο πρόβλημα. Σύμφωνα με την καθιερωμένη ερμηνεία της κβαντομηχανικής, τα αντικείμενα παραμένουν σε ένα καθεστώς πιθανοτήτων μέχρις ότου γίνει κάποια μέτρηση. Αλλά κανείς παρατηρητής δεν μπορεί να βρεθεί ο ίδιος έξω από το Σύμπαν και να παρατηρεί μέσα σ' αυτό.
Πώς μπορεί τότε να υπάρχει το Σύμπαν;[]
"Ποιος κοιτάζει στο Σύμπαν;" αναρωτήθηκε η Φωτεινή Μαρκοπούλου. Και η απάντηση της ίδιας είναι: "Εμείς κοιτάζουμε. Το Σύμπαν περιέχει τους παρατηρητές του στο εσωτερικό που παριστάνονται ως κόμβοι στο δίκτυο."
Η ιδέα της είναι ότι για να χρωματίσεις ολόκληρη τη μεγάλη εικόνα, δεν χρειάζεσαι ένα ζωγράφο μόνο, αλλά πολλούς. Ειδικότερα, η ίδια αναγνωρίζει ότι οι κώνοι φωτός που έστησε για να εισάγει την αιτιότητα στον κβαντικό χωροχρόνο, θα μπορούσαν να προσδιορίσουν την προοπτική κάθε παρατηρητή.
Και επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη, ο καθένας μπορεί να δει μόνο μια περιορισμένη φέτα του Σύμπαντος. Η θέση μας μέσα στον χωροχρόνο είναι μοναδική, κι έτσι η φέτα μας είναι ελαφρώς διαφορετική από τη φέτα οποιουδήποτε άλλου. Αν και δεν υπάρχει παρατηρητής που να έχει πρόσβαση σε όλη την πληροφορία μέσα στο Σύμπαν, μπορούμε παρόλα αυτά να κατασκευάσουμε ένα πορτραίτο του Σύμπαντος βασισμένο στη μερική πληροφορία που μπορούμε να λαμβάνουμε.
Όσοι κάνουν κριτική στην LQG λένε ότι είναι μια θεωρία της βαρύτητας και τίποτα περισσότεροι, αν και όπως είδαμε μερικοί θεωρητικοί της LQG έχουν προσπαθήσει να δείξουν ότι η θεωρία αυτή μπορεί να περιγράψει επίσης και την ύλη.
Οι θεωρητικοί υποστηρίζουν ότι η θεωρία βρόχων δεν είναι απαραίτητο να εισαγάγει πρόσθετες διαστάσεις και σωματίδια, όπως απαιτούνται από τη θεωρία υπερχορδών. Επίσης, ένα άλλο προτέρημα της LQG είναι ότι δεν πάσχει από κάποιους μαθηματικούς απειρισμούς. Οι απειρισμοί αυτοί αντιστοιχούν στους πολυάριθμους εναλλακτικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί να πραγματοποιηθεί μια αλληλεπίδραση μεταξύ 2 σωματιδίων στον χωροχρόνο, με ανταλλαγή βεβαίως άλλων σωματιδίων φορέων της αλληλεπίδρασης. Αυτό το προτέρημα της θεωρίας αναιρεί μερικές αμφιβολίες ως προς τη χρησιμότητα της θεωρίας.
Οι θεωρητικοί της LQG υποστηρίζουν επίσης ότι η θεωρία προσφέρει σε γενικές γραμμές περισσότερες ελέγξιμες προβλέψεις, όπως πχ η ιδέα των κβαντισμένων περιοχών επιφάνειας (Ο χώρος δηλαδή αποτελείται από διακριτές περιοχές και υπάρχει μια ελάχιστη κλίμακα μεγέθους των περιοχών του χώρου).
Επίσης, γίνεται η πρόβλεψη ότι ο κβαντισμένος χωροχρόνος μπορεί να εκδηλωθεί μέσα από μια μικρή διαφορά στην ταχύτητα του φωτός για τα διαφορετικά χρώματα. Ένα πείραμα που θα μπορούσε να επαληθεύσει τη θεωρία αυτή είναι η παρακολούθηση της πορείας των φωτονίων ακτίνων-γ που έρχονται από δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αν ο χωροχρόνος είναι πραγματικά διακριτός, τότε τα διαφορετικά φωτόνια θα ταξιδεύουν με ελαφρά διαφορετικές ταχύτητες, που εξαρτώνται από το μήκος κύματός τους.
Η νέα έκδοση της βαρύτητας βρόχων που μελετάται από τον Rovelli και τους συναδέλφους του απεικονίζει τον χωροχρόνο ως αφρώδες μέσον. Τα σημεία στον χώρο αυξάνονται μερικές φορές και γίνονται φυσαλίδες. Οι φυσαλίδες αυτές δεν είναι μέσα στον χώρο, αλλά αποτελούν τον ίδιο το χώρο.
Πλεονεκτήματα και δοκιμή της θεωρίας[]
Σύμφωνα με τους υποστηρικτές της, η κβαντικής βαρύτητας βρόχων πλεονεκτεί σημαντικά σε σχέση με τη θεωρία των υπερχορδών. Κι αυτό γιατί, πρώτον, δεν απαιτεί περισσότερες από τις τέσσερις γνωστές διαστάσεις και, δεύτερον, είναι δυνατόν να αποδειχθεί πειραματικά.
Εικόνα που δείχνει ένα δίκτυο σπιν με γραμμές και κόμβους μέσα στους οποίους ταξιδεύουν φωτόνια ακτίνων γ σε διαφορετικές διαδρομές
Η νέα θεωρία προβλέπει, για παράδειγμα, ότι όσο μεγαλύτερη ενέργεια έχει η ακτινοβολία γ, τόσο γρηγορότερα διασχίζει το διάστημα. Δηλαδή φαίνεται σαν να μην ταξιδεύουν οι ακτίνες με την ίδια ταχύτητα. Αν και η διαφορά αυτή είναι απειροελάχιστη, μπορεί να μετρηθεί με την τεχνολογία που διαθέτουμε σήμερα.
Τον Οκτώβριο του 2007, η NASA θα εκτοξεύσει το δορυφόρο GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope), ο οποίος θα μελετήσει εκπομπές ακτινοβολίας γ από πηγές που απέχουν δισεκατομμύρια έτη φωτός από εμάς. Οι εκρήξεις από τις πηγές αυτές εκπέμπουν ακτίνες γ με διαφορετικά μήκη κύματος (πχ κόκκινη και μπλε ακτίνα στο σχήμα). Σύμφωνα με την κβαντική βαρύτητα βρόχων οι δύο ακτίνες θα ταξιδέψουν με ελάχιστα διαφορετικές ταχύτητες αφού κινούνται σε διαφορετικούς δρόμους μέσα στον χωροχρόνο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ότι έστω κι αν ξεκινήσουν ταυτόχρονα να μην φτάσουν στο δορυφόρο GLAST ταυτόχρονα. Και καθώς τα φωτόνια από τις βίαιες αυτές ενεργειακές εκρήξεις θα έχουν ταξιδέψει στο σύμπαν για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, θα πρέπει να υπάρχει μια μετρήσιμη απόκλιση στο χρόνο άφιξης τους, ανάλογα με την ενέργεια τους. Κι αυτό μπορεί να σημαίνει ότι η κβαντική βαρύτητα βρόχων είναι σωστή.
Εκτός όμως από το πείραμα GLAST και το πείραμα AUGER που γίνεται στην Αργεντινή για την έρευνα της κοσμικής ακτινοβολίας, θα βοηθήσει στην πειραματική επαλήθευση της κβαντικής βαρύτητας βρόχων.
Ωστόσο, ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν πως η θεωρία LQG έχει ήδη επαληθευτεί μέσα από παρατηρήσεις των επονομαζόμενων κοσμικών ακτινών. Είναι γνωστό, για παράδειγμα, ότι η Γη βομβαρδίζεται συνεχώς από πρωτόνια, η ενέργεια των οποίων θεωρητικά δε θα έπρεπε να υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο όριο, αφού πάνω από αυτό τα πρωτόνια θα αλληλεπιδρούσαν κατά τέτοιον τρόπο με την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, που δε θα έφταναν ποτέ στη Γη. Περιέργως, το ιαπωνικό πείραμα AGASA εντόπισε κοσμικές ακτίνες με ενέργεια υψηλότερη από το δεδομένο όριο.
Στο πλαίσιο της Κβαντικής Βαρύτητας Βρόχων, αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα, καθώς η κβαντισμένη δομή του χώρου καθιστά εφικτή την αύξηση του ορίου που προαναφέρθηκε, επιτρέποντας έτσι σε υψηλότερης ενέργειας πρωτόνια να φτάσουν στη Γη. Εάν οι παρατηρήσεις του AGASA δε διαψευστούν και εάν δε βρεθεί κάποια εναλλακτική εξήγηση, ίσως πράγματι η ασυνέχεια του χώρου να έχει ήδη επιβεβαιωθεί. Σίγουρα, όμως, εάν ο δορυφόρος GLAST καταφέρει να ανιχνεύσει μια διαφορά στο χρόνο άφιξης των ακτινών γ, θα προσφέρει στη θεωρία Κβαντικής Βαρύτητας Βρόχων ένα πολύ ισχυρό έρεισμα.
Η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας βρόχων και Κοσμολογία[]
Η LQG και η ιδιομορφία στο Big Bang[]
Το 2006 ο Abhay Ashtekar σε μια εργασία του υποστήριξε ότι σύμφωνα με την κβαντική βαρύτητα βρόχων, αποφεύγεται η ιδιομορφία της Μεγάλης Έκρηξης. Αυτό που βρήκε ήταν ότι πριν το Big Bang υπάρχε ένα άλλο σύμπαν που κατάρρευσε. Δεδομένου ότι η βαρύτητα γίνεται απωθητική κοντά στην πυκνότητα Planck σύμφωνα με τις προσομοιώσεις τους, το γεγονός αυτό οδήγησε σε μια "Μεγάλη Αναπήδηση" (η κατάρρευση ρου προηγούμενου σύμπαντος οδήγησε στην Έκρηξη του νέου) και τη γέννηση του σημερινού Κόσμου.
Η LQG και το καθιερωμένο μοντέλο[]
Προτάθηκε πρόσφατα ότι η κβαντική βαρύτητα βρόχων μπορεί να είναι σε θέση να αναπαραγάγει το καθιερωμένο μοντέλο. Μέχρι τώρα μόνο η πρώτη γενεά των φερμιονίων (λεπτόνια και κουάρκ) με σωστές ιδιότητες φορτίου και ομοτιμίας (parity) μπορούν να προκύψουν με τη βοήθεια των μοντέλων. Όμως πρόσφατες εργασίες προτείνουν ότι στο πλαίσιο της LQG μπορούν να προκύψουν και ορισμένα μποζόνια με σπιν 1, όπως το φωτόνιο, και το γκλουόνιο. Ενδεχομένως δε και το γκραβιτόνιο με σπιν 2.
Βαρυτόνιο και LQG[]
Πρόσφατες θεωρητικές εργασίες στη LQG χρησιμοποιώντας την έννοια του αφρού σπιν, από τους Carlo Rovelli, Eugenio Bianchi, Leonardo Modesto και Simone Speziale, έδειξαν ότι η LQG γεννά βαρυτόνια, επιτρέποντας έτσι σε αυτά να αλληλεπιδρούν όπως αναμένουμε, δηλαδή αναπαράγοντας το νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα.
Υποσημειώσεις[]
Εσωτερική Αρθρογραφία[]
Βιβλιογραφία[]
- Science Illustrated,
Ιστογραφία[]
- Ομώνυμο άρθρο στην Βικιπαίδεια
- Ομώνυμο άρθρο στην Livepedia
- Ομώνυμο άρθρο στην Astronomia
- Εκτενής περιγραφή στο Physics4u
- [ ]
 Κίνδυνοι Χρήσης
|
|---|
|
Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες "Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι Επίσης, |
- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν
- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)