Просмотр кода страницы Квантовая гравитация

{{ОТО}}
'''Ква́нтовая гравита́ция''' — направление исследований в [[теоретическая физика|теоретической физике]], целью которого является [[квант]]овое описание [[гравитация|гравитационного взаимодействия]] (и, в случае успеха, — объединение гравитации с остальными тремя [[фундаментальные взаимодействия|фундаментальными взаимодействиями]], описываемыми [[Стандартная модель|Стандартной моделью]], то есть построение так называемой «[[Теория всего|теории всего]]»).

{{Таблица элементарных частиц|500}}

== Проблемы создания ==
Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — [[квантовая механика]] и [[общая теория относительности]] (ОТО) — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего [[пространство-время|пространства-времени]]. В ОТО '''внешнего''' пространства-времени нет — оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём ''классических'' систем.

При переходе к квантовой гравитации, как минимум, нужно заменить системы на квантовые (то есть произвести [[Квантование (физика)|квантование]]), при этом правая часть уравнений Эйнштейна — [[тензор энергии-импульса]] материи — становится [[сопряжённый оператор|квантовым оператором]] (тензорной плотностью энергии-импульса элементарных частиц). Возникающая связь требует какого-то квантования геометрии самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен и сколь-либо успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует<ref>''[[Юкава, Хидэки|Юкава Х.]]'' Лекции по физике. — М., Энергоиздат, 1981. — с. 78-81</ref><ref>Более того, наивный «решёточный подход» к квантованию пространства-времени, как оказывается, не допускает правильного предельного перехода в теории калибровочных полей при устремлении шага решётки к нулю, что было отмечено в 1960-е гг. [[Девитт, Брайс|Брайсом Девиттом]] и широко учитывается ныне при проведении решёточных расчётов в [[квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамике]].</ref>. О квантовании геометрии пространства-времени см. также в статье [[Планковская длина]].

Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности — квантовая гравитация оказывается [[перенормируемость|неперенормируемой]] теорией вследствие того, что [[гравитационная постоянная]] является размерной величиной<ref name = "frolov">''Фролов В. П.'' [http://ufn.ru/ru/articles/1982/9/f/ Квантовая теория гравитации (по материалам II Международного семинара по квантовой теории гравитации, Москва, 13-15 октября 1981 г.)] {{Wayback|url=http://ufn.ru/ru/articles/1982/9/f/ |date=20130913130139 }}, [[УФН]], 1982, т. 138, с. 151.</ref><ref>''[[Вайнберг, Стивен|Вайнберг С.]]'' Гравитация и космология — М.: [[Мир (издательство)|Мир]], 1975. — С. 307.</ref>. А именно, в системе единиц <math>\hbar = c = 1</math> гравитационная постоянная является размерной константой с размерностью обратного квадрата массы, как и [[Четырёхфермионная теория слабого взаимодействия|фермиевская константа]] взаимодействия слабых токов <math>G_{F}=\frac{10^{-5}}{m_{p}^2}</math>, где <math>m_{p}</math> — масса протона<ref name="Chlop">[[Хлопов, Максим Юрьевич|Хлопов Ю. М.]] Гравитационное взаимодействие // Физический энциклопедический словарь. — под ред. [[Прохоров, Александр Михайлович|А. М. Прохорова]] — М., Большая Российская энциклопедия, 2003. — ISBN 5-85270-306-0. — Тираж 10000 экз. — с. 137</ref>.

Ситуация усугубляется тем, что прямые [[эксперимент]]ы в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий пока недоступны современным технологиям.<ref>{{начало цитаты}}А если бы мы хотели продвинуться до «планковской энергии» <math>10^{19}</math> ГэВ (на этом рубеже становятся существенными квантово-гравитационные эффекты), то пришлось бы строить ускоритель, кольцо которого имело бы протяженность порядка 10 световых лет.{{конец цитаты}} ''[[Сисакян, Алексей Норайрович|Сисакян А. Н.]]'' Избранные лекции по физике частиц. — Дубна, ОИЯИ, 2004. — c. 95</ref> В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

Предпринимаются попытки квантования гравитации на основе геометродинамического подхода и на основе метода функциональных интегралов<ref>{{книга|автор=[[Иваненко, Дмитрий Дмитриевич|Иваненко Д. Д.]], [[Сарданашвили, Геннадий Александрович|Сарданишвили Г. А.]] |заглавие=Гравитация|место=М.|издательство=Едиториал УРСС|год=2004|страниц=200|isbn=5-354-00538-8|тираж=1280}}</ref>.

Другие подходы к проблеме квантования гравитации предпринимаются в теориях [[супергравитация|супергравитации]] и дискретного пространства-времени<ref name="Chlop" />.

== Перспективные кандидаты ==
Два основных направления, пытающихся построить квантовую гравитацию, — это [[теория струн]] и [[петлевая квантовая гравитация]].

В первой из них вместо частиц и фонового пространства-времени выступают [[струна (в физике)|струны]] и их многомерные аналоги — [[брана|браны]]. Для многомерных задач браны являются многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся ''внутри'' этих бран, они являются [[пространство-время|пространственно-временными]] структурами.

Во втором подходе делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону; пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Эти маленькие квантовые ячейки пространства определённым способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают пёструю, дискретную структуру пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Хотя многие космологические модели могут описать поведение вселенной только начиная от [[Планковское время|планковского времени]] после [[Большой взрыв|Большого взрыва]], петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, и даже заглянуть дальше. Петлевая квантовая гравитация, возможно, позволит описать все частицы [[Стандартная модель|Стандартной модели]].

Основной проблемой тут является выбор координат. Можно сформулировать и общую теорию относительности в бескоординатной форме (например, с помощью внешних форм), однако вычисления тензора Римана осуществляются только в конкретной метрике.

Ещё одной перспективной теорией является [[причинная динамическая триангуляция]]. В ней пространственно-временное [[многообразие]] строится из элементарных евклидовых [[симплекс]]ов ([[треугольник]], [[тетраэдр]], [[пятиячейник|пентахор]]) с учётом [[принцип причинности|принципа причинности]]. Четырёхмерность и псевдоевклидовость пространства-времени в макроскопических масштабах в ней не постулируются, а являются следствием теории.

=== Другие подходы ===
{{переработать раздел|дата=2012-01-21}}

Существуют бесчисленное количество подходов к квантовой гравитации. Подходы различаются в зависимости от характеристик, остающихся неизменными, и тех, которые меняются<ref>{{книга
|заглавие=Canonical Gravity: From Classical to Quantum
|год=1994
|издательство=Springer
|arxiv=gr-qc/9310031
|isbn=3-540-58339-4
|ref=Isham
|язык=und
|автор={{Нп3|Christopher Isham|Isham, Christopher J.|en|Christopher Isham}}
|ответственный=Ehlers, Jürgen; Friedrich, Helmut
}}
</ref><ref>{{статья
|заглавие=Forks in the Road, on the Way to Quantum Gravity
|arxiv=gr-qc/9706002
|издание={{Нп3|International Journal of Theoretical Physics}}
|том=36
|номер=12
|страницы=2759—2781
|doi=10.1007/BF02435709
|ref=Sorkin
|bibcode=1997IJTP...36.2759S
|язык=und
|автор={{Нп3|Sorkin, Rafael D.|Sorkin, Rafael D.||Rafael Sorkin}}
|год=1997
}}
</ref>. Примеры включают:

* [[Акустическая метрика]] и другие аналоговые модели гравитации
* [[Асимптоматическая безопасность]]
* [[Причинная динамическая триангуляция]]<ref>{{статья
|заглавие=Discrete Approaches to Quantum Gravity in Four Dimensions
|издание=[[Living Reviews in Relativity]]
|том=1
|страницы=13
|ссылка=http://www.livingreviews.org/lrr-1998-13
|bibcode=1998LRR.....1...13L
|accessdate=2018-06-23
|ref=Loll
|arxiv=gr-qc/9805049
|язык=en
|тип=journal
|автор=Loll, Renate
|год=1998
|archivedate=2020-01-22
|archiveurl=https://web.archive.org/web/20200122072905/https://link.springer.com/article/10.12942/lrr-1998-13
}}</ref>
* [[Причинные множества]]<ref>{{книга
|arxiv=gr-qc/0309009
|заглавие=Lectures on Quantum Gravity
|год=2005
|издательство=Springer
|isbn=0-387-23995-2
|ref=Sorkin
|язык=und
|автор={{Нп3|Rafael Sorkin|Sorkin, Rafael D.|en|Rafael Sorkin}}
|ответственный=Gomberoff, Andres; Marolf, Donald
}}
</ref>
* [[Теория полей групп]] (см. книгу «Approaches to Quantum Gravity. Toward a New Understanding of Space, Time and Matter»{{sfn|Oriti|2009}} и приведённые там ссылки)
* [[MacDowell–Mansouri действие]]
* [[Некоммутативная геометрия]]
* [[Формулировка через интегралы по траекториям|Интеграл Пути]] модель [[Квантовая космология]]<ref>{{книга
|страницы=631—651
|заглавие=300 Years of Gravitation
|издательство=[[Издательство Кембриджского университета|Cambridge University Press]]
|год=1987
|isbn=0-521-37976-8
|ref=Hawking
|язык=und
|автор=[[Хокинг, Стивен|Stephen Hawking]]
|ответственный=Hawking, Stephen W.; Israel, Werner
}}.</ref>
* [[Исчисление Редже]]
* [[Виртуальная черная дыра|Интегральный метод]]<ref>{{Cite web |url=https://philpapers.org/archive/ALXOTF.pdf |title=Klimets AP, Philosophy Documentation Center, Western University-Canada, 2017, pp.25-32 |access-date=2021-06-25 |archive-date=2019-07-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190701011840/https://philpapers.org/archive/ALXOTF.pdf |deadlink=no }}</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.opastpublishers.com/open-access-articles/quantum-gravity.pdf |title=A.P. Klimets. (2023). Quantum Gravity. Current Research in Statistics & Mathematics, 2(1), 141-155. |access-date=2023-12-25 |archive-date=2023-12-23 |archive-url=https://web.archive.org/web/20231223132328/https://www.opastpublishers.com/open-access-articles/quantum-gravity.pdf |url-status=live }}</ref>
* [[Сеть Струнной жидкости]] (что приводит к бесщелевой спиральности ± 2 возбуждений без каких-либо других бесщелевых возбуждений<ref>{{книга|автор=Levin M., [[:en:Xiao-Gang Wen|Wen Xiao-Gang]].  |часть=Detecting Topological Order in a Ground State Wave Function |ссылка часть=http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.96.110405 |заглавие=''Physical Review Letters'', 2006, '''96''' (11)}} — P. 110405. — {{DOI|10.1103/PhysRevLett.96.110405}}.</ref>)
* [[Сверхжидкий вакуум]] или теория [[BEC вакуума]]
* [[Супергравитация]]
* [[Твистор]]-модели (см. главу 33 книги [[Пенроуз, Роджер|Р. Пенроуза]] «Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель»{{sfn|Пенроуз|2007}} и приведённые там ссылки)
* [[Цифровая физика]]<ref name="BMN052017">''Клара Московиц'' [https://sciam.ru/articles/details/zaputannye-prostranstvom-vremenem Запутанные пространством-временем] {{Wayback|url=https://sciam.ru/articles/details/zaputannye-prostranstvom-vremenem |date=20170707072238 }} // [[В мире науки]]. — 2017. — № 5-6. — С. 118—125.</ref>
* [[Гравитация Джакива — Тейтельбойма]]

== Экспериментальная проверка ==
Проводятся{{когда}} первые опыты по выявлению квантовых свойств гравитации путём исследования гравитационного поля очень малых массивных тел, которые удаётся перевести в состояние [[Квантовая суперпозиция|квантовой суперпозиции]]<ref name="МЬТ201956">{{статья |автор=Тим Фолджер |заглавие=Квантовая гравитация в лаборатории |издание=[[В мире науки]] |год=2019 |номер=5—6 |страницы=100—109}}</ref>.

== См. также ==
{{кол|2}}
* [[Теория всего]]
* [[Теория струн]]
* [[М-теория]]
* [[Петлевая квантовая гравитация]]
* [[Квантовая теория поля в искривлённом пространстве-времени]]
* [[Нерешённые проблемы современной физики]]
{{кол|конец}}

== Примечания ==
{{Примечания|2}}

== Литература ==
* ''[[Горелик, Геннадий Ефимович|Горелик Г. Е.]]'' [http://ufn.ru/ufn05/ufn05_10/Russian/r0510d.pdf Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию неразрешённой проблемы.] {{Wayback|url=http://ufn.ru/ufn05/ufn05_10/Russian/r0510d.pdf |date=20120617064948 }} // [[Успехи физических наук]], том 175, № 10 (октябрь 2005).
* {{книга|автор=[[Пенроуз, Роджер|Пенроуз Р.]]  |заглавие=Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель |оригинал=The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe |ответственный=Пер. с англ. А. Р. Логунова, Э. М. Эпштейна |место=<span style="border-bottom:1px dotted gray; cursor:default" title="Москва">М.</span>—Ижевск |издательство=<span style="border-bottom:1px dotted gray; cursor:default" title="Институт компьютерных исследований">ИКИ</span>, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» |год=2007 |страниц= 912 |isbn=978-5-93972-618-4 |ref=Пенроуз}}
* {{книга|заглавие=Approaches to Quantum Gravity. Toward a New Understanding of Space, Time and Matter |ссылка=http://alpha.sinp.msu.ru/~panov/LibBooks/GRAV-Q/Daniele_Oriti-Approaches_to_Quantum_Gravity-Cambridge_University_Press(2009).pdf |ответственный=Ed. by D. Oriti |место=Cambridge |издательство=[[Cambridge University Press]] |год=2009 |allpages=xix + 583 |isbn=978-0-521-86045-1 |ref=Oriti}}
* Тризна Е. А. Формула расчёта силы взаимодействия между элементарными частицами и гравитацией: сборник трудов конференции. // Актуальные направления научных исследований: перспективы развития : материалы Всерос. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 14 март 2024 г.) / редкол.: В. И. Кожанов [и др.] – Чебоксары: Центр научного сотрудничества «Интерактив плюс», 2024. – С. 13-14. – ISBN 978-5-6051279-9-4.

== Ссылки ==
* [http://postnauka.ru/video/6498 Квантовая гравитация] {{Wayback|url=http://postnauka.ru/video/6498 |date=20130506063445 }} // Лекция Д. И. Казакова в проекте [[ПостНаука]] (13.11.2012)
* ''Пол Шеллард и др.'' [https://web.archive.org/web/20060325011907/http://cosmo.labrate.ru/cambrige/qg_home.html Квантовая гравитация] ([http://www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/qg_home.html Quantum Gravity] {{Архивировано|url=https://www.webcitation.org/65LPKLl8F?url=http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/public/qg_home.html |date=2012-02-10 }}). // Пер. с англ. В. Г. Мисовца. <small>Ссылка проверена 08:45, 23 ноября 2007 (UTC).</small>
* ''[[Смолин, Ли]].'' [http://www.rodon.org/sl/nsfvtsunichzes/#a18 Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует] {{Wayback|url=http://www.rodon.org/sl/nsfvtsunichzes/#a18 |date=20140201222027 }}
* ''Merali, Zeeya.'' [http://sci-lib.com/article419.html Разделение времени и пространства. Новая квантовая теория отвергает пространство-время Эйнштейна] {{Wayback|url=http://sci-lib.com/article419.html |date=20110703051018 }} // Scientific American. (December 2009).

{{Разделы квантовой физики}}
{{Теории гравитации}}
{{За пределами Стандартной модели}}
<!-- Эта теория в общем-то уже признана математически противоречивой:
В конце 2007 года появилась [[Исключительно простая теория всего]], в которой сформулирован вариант единой теории поля, объединяющий все известные взаимодействия и, в частности, описывающий квантовое гравитационное поле. Хотя динамика данной теории пока не исследовалась, и пока нельзя считать, что в рамках этой теории построена квантовая теория гравитации. Кроме того, в данной теории имеется ряд трудностей (правда, не связанных с квантовой теорией гравитации). Дальнейшие исследования должны прояснить, имеет ли данное направление перспективы для построения реалистичной квантовой теории гравитации.

Перспективной является также [http://www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php/Атомная_теория_гравитации атомная теория гравитации] В. Л. Янчилина, не признаная пока научным сообществом, в которой гравитация возникает как простое следствие положений квантовой механики и никакие новые объекты не вводятся, зато исчезают непонятные логике сингулярности ОТО и пропадает необходимость в «тёмной энергии». Подробное изложение теории можно найти в книге [http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/yanchilin_tainy/yanchilin_tainy.htm Тайны гравитации]. Теория Янчилина может быть проверена с помощью эксперимента с высокоточными атомными часами. До настоящего момента эксперимент не проводился. -->
<!--
  Вопросы гравитации
Для решения вопроса гравитации необходимо выяснить — откуда берется взаимное притяжение материальных тел и как это связано с энергией электромагнитных волн. Сами электромагнитные волны представляют собой поступательное вращение электрического и магнитного векторов с размещенными на несущей частоте импульсами информации. В связи с изменяющейся направленностью магнитного вектора на прямо противоположное в течении каждого периода общая магнитная составляющая волны равна нулю. Поэтому электромагнитная волна не имеет магнитного притяжения к внешним объектам, в результате чего эта волна распространяется в вакууме по прямой. Но как только электромагнитная волна формируется в виде атома как замкнутого пространства вращающегося кванта энергии, тут же у атома появляется магнитная ось, которая служит в качестве энергии притяжения — гравитации. И чем больше атомов материи, тем сильнее притяжение. Таким образом, материальные объекты притягиваются друг к другу и сила притяжения согласно закону Ньютона зависит как от массы, то есть количества материализованной энергии, так и от расстояния.
Поэтому предпринимаемые попытки поиски гравитона и гравитационных волн не дадут результата, как и определение времени возникновения Вселенной в результате большого взрыва, якобы приведшего к возникновению Вселенной с её дальнейшим расширением. В этом плане тщетны возлагаемые большие надежды на повторный запуск в Женеве нового мощнейшего коллайдера. И если с возникновением Вселенной сама постановка вопроса абсурдна, так как Вселенная не возникает, а существует изначально, априорно, то в вопросе гравитации с поиском гравитона получается та же банальная ошибка, как с поиском теплорода. Также как изначально существует безграничная энергия электромагнитных волн и безграничное время. И их никто не создавал.
-->

[[Категория:Теории гравитации]]
[[Категория:Квантовая гравитация|*]]
[[Категория:Нерешённые проблемы современной физики]]