Kvantinė teorija ir bendroji reliatyvumo teorija gerokai nesutaria. Fizikai bando jas apjungti kvantinės gravitacijos teorijoje – tačiau irgi be sėkmės.

Reliatyvumo teorija apibrėžia, kaip didelių mastelių erdvėlaikis gali įgauti daugybę įvairiausių formų, sukurdamas tai, ką mes suvokiame kaip gravitaciją. Tuo tarpu kvantinė mechanika aprašo fizikos dėsnius subatominiame lygyje, tačiau ignoruojant gravitacijos aspektus.

Geriausiu kandidatu tų teorijų sujungimui laikoma superstygų teorija, tačiau ir ji dar neduoda atsakymo į iškilusius klausimus. Ir netgi dėl savo vidinės logikos ji iškelia netgi gilesnius darinių ir sąryšių lygius ir, tuo pačiu, dar labiau gluminančių išvadų pluoštą.

Tačiau einama ir kitu keliu – paimant keletą pagrindinių sudedamųjų, jie sujungiami remiantis gerai žinomais kvantiniais principais, gerai suplakti, leisti nusistovėti – turėsime kvantinį erdvėlaikį.

Paėmus kitaip, jei tuščią erdvėlaikį laikome tarsi kažkokia nemateriali substancija, sudaryta iš didelio kiekio smulkių, nestruktūrizuotų atplaišų, ir leidžiame tems blokeliams sąveikauti laikantis paprastų gravitacijos ir kvantinės gravitacijos nustatytų taisyklių, tai jie spontaniškai susirinks į visumą, kuri daugeliu atvejų atrodys kaip mūsų stebima Visata. Tai panašu į tai, kaip molekulės sudaro kristalines ar amorfines formas.

Tad erdvėlaikis labiau primena kinišką troškinį (angl. ) nei išdabintą vestuvių tortą. Jo privalumas tas, kad keičiant pradines sąlygas rezultatas keičiasi nežymiai. Ir tas stabilumas teikia vilčių – panašus saviorganizacijos principai veikia fizikoje, biologijoje ir kitose mokslo srityse. Geras pavyzdys yra dideli varnėnų būriai. Kiekvienas varnėnas bendrauja tik su nedideliu kiekiu kaimynų ir nėra vedlio, nurodančio, ką daryti. Tačiau vis tik būrys veikia tarsi visuma ir juda viena kryptimi.

Trumpa kvantinės gravitacijos istorija

Kvantinės gravitacijos teorijos 1. Stygų teorija apima ne tik gravitaciją, bet ir visas materijos jėgas. Ji remiasi idėja, kad el.dalelės yra vibruojančios stygelės. 2. Kilpų teorija. Joje erdvė yra sudalinta į diskretinius tūrinius „atomus“ (žr. >>>>) 3. Euklidinė kvantinė gravitacija. Ją išpopuliarino Stivenas Hokingas. Joje erdvėlaikis išsirutulioja iš visų galimų formų kvantinio vidurkio. Joje laiko pagrindas toks pat kaip ir erdvės. 4. Priežastinės dinaminės trianguliacijos yra šiuolaikiškesnė Euklidinės kvantinės gravitacijos versija. Joje erdvėlaikis aproksimuojamas kaip trikampių, kuriuose “įdėtas” erdvės ir laiko skirtumas, mozaika. Mažais masteliais erdvėlaikis įgauna fraktalinį pobūdį. Erdvėlaikis gali įgauti daugybę skirtingų formų. Pagal kvantinės gravitacijos teoriją tikėtiniausia yra suvirdurkinta (pagal svorius) forma. Pavyzdžiui, jei visata konstruojama iš trikampių blokų, tai tikrinama, kokias būdais jie jungiami tarpusavyje. Nors erdvę suprantame kaip tuščią, kartu su laiku turinčią nematomą struktūrą, kuri mus veikia judant (kaip gūbriai slidinėjant kalno šlaitu). Tą struktūrą mes jaučiame kaip gravitacijos jėgą. Trikampių mozaika: Tyrinėtojai bando trikampiais aproksimuoti iškreiptas formas

Bandymai paaiškinti erdvėlaikio kvantinę struktūrą kaip susiformavimo procesą buvo tik dalinai sėkmingi. Jų ištakos yra 20 a. 8-o dešimtm. pabaigoje S. Hokingo „Trumpoje laiko istorijoje“ išpopuliarintoje Euklidinėje gravitacijos teorijoje. Ši remiasi fundamentaliu kvantinės mechanikos principu: super-perstata. Bet kuris objektas, klasikinis ar kvantinis, yra tam tikroje būsenoje – tarkim, nusakančioje jo vietą ir greitį. Bet jei klasikinio objekto būsena gali būti apibrėžta unikaliu skaičių rinkiniu, kvantinio objekto būsena gerokai sudėtingesnė. Ji yra visų galimų klasikinių būsenų (jų perstatų) suma.

Pavyzdžiui, biliardo rutulys visą laiką juda tam tikra tiksliai nustatytais trajektorija ir greičiu. Tuo tarpu, tarkim elektrono judėjimą apibrėžia kvantiniai dėsniai, pagal kuriuos yra gana platus padėčių ir greičių vienalaikiškumas. Kai elektronus juda iš taško A į tašką B, ir kai nėra veikiamas jokių išorinių jėgų, jis ne tiesiog juda tiesiai viena trajektorija, o juda visomis galimomis trajektorijomis. Super-perstatos idėją suformulavo Nobelio premijos laureatas Ričardas Feynmanas.

Remiantis šia prielaida galima paskaičiuoti elektrono buvimo tam tikroje pozicijoje judant tam tikru greičiu tikimybę. El. dalelių nukrypimai nuo tiesaus kelio vadinami kvantinėmis fluktuacijomis. Kuo mažesnės apimties fizinė sistema, tuo svarbesnės tos fluktuacijos.

Euklidinė kvantinė gravitacija super-perstatų principą taiko visai Visatai. Tačiau šįkart imama ne visi įmanomi keliai, o visi įmanomi būdai, kuriais, laikui bėgant, galėjo vystytis Visata, - atskiru atveju, įvairios įmanomos erdvėlaikio formos. Teorija gerokai pasistūmėjo į priekį 9-10 dešimtmečiais, kai atsirado galimybė panaudoti galingas kompiuterines simuliacijas. Tuose modeliuose iškreivintas erdvėlaikis buvo perteikiamas kaip sudarytas iš mažyčių blokų, kurie, del patogumo, laikomi trikampiais, mat tokius galima nesunkiai aproksimuoti lenktais paviršiais. Erdvėlaikiui elementarūs sudedamieji blokai yra keturmačiai trikampių apibendrinimai, vadinami keturmačiais simpleksais, kuriuos „suklijuojant“ jų „veidais“ (kurie iš tikro yra trimačiais tetrahedrais) ir gaunamas erdvėlaikis.

Smulkučiai blokeliai neturi tiesioginės fizikinės prasmės – jų neišvysime ir su galingiausiais mikroskopais. Vienintelė fizikinė sąsaja kyla iš bendros elgsenos , įsivaizdavus kad kiekvieno tokio bloko dydis traukiasi link nulio. Ribiniu atveju visai nesvarbu, ar tas blokas yra trikampis, keturkampis, penkiakampis ar turime mišrius daugiakampius. Tokia nepriklausomybė nuo formos vadinama „universalumu“.

Susiraukšlėjimas

Kompiuterinių simuliacijų pagalba teoretikai ėmė tirti erdvėlaikių formų, kurių klasikinė reliatyvumo teorija neturi, super-perstatų efektus – ypač joms esant nepaprastai kreivomis prie nepaprastai mažų dydžių. Šis vadinamasis neperturnatyvinis režimas ypač domina fizikus.

Tačiau tos simuliacijos atskleidė, kad Euklidinė kvantinė gravitacija aiškiai neturi svarbaus elemento. Jie nustatė, kad keturmačių visatų neperturnatyvinės super-perstatos yra nepaprastai nestabilios. Kvantinės mažų dydžių fluktuacijos, pritaikius dideliems mastams, nesukuria įprastinių klasikinių visatų. Jos veržiasi sudaryti mažyčius rutulius su begale matavimų. Tokiose erdvėse taškai yra labai arti vienas kito, net jei pradinė erdvė ir turėjo ypač didelę apimtį. O kai kuriais atveais erdvė įgauna kitą kraštutinumą, kai ji tampa be galo plona ir ištįsusi, tarsi polimerų plėvelė.

Prieš pažiūrėdami, kas atvedė fizikus į akligatvį, panagrinėkime rezultatą. Iš keturmačių blokų gavome arba begalinį matavimų kiekį (susiraukšlėjusi, suniurkyta visata) arba du matavimus (polimerinė visata). Taigi netgi matavimai tapo kintamu dydžiu. Tai geras penas fantastikai, kurioje prigijo sliekangių idėja – kelio tarp tolimų visatos sričių sutrumpinimai. Jos ypač patrauklios todėl, kad leidžia keliauti laike bei greitą keliavimą tarp nutolusių, tačiau artimai sujungtų sričių.

Tada aptikta, kad į teoriją reikia įtraukti priežasties-pasekmės elementą. Tai reiškia, kad net tuščias erdvėlaikis turi struktūrą, leidžiančią nustatyti priežastį ir pasekmę. Pats epitetas „Euklidinė“ reiškė, kad nedaromas skirtumas tarp laiko ir erdvės. Hokingas ir kiti teigė, kad laikas tėra „vaizduotės vaisius“, tiek matematine, tiek sveiko proto prasme. Jie tikėjosi, kad priežastingumas išsirutulios iš mikroskopinio masto pereinant prie makroskopinio. Tačiau kompiuteriai sutraiškė tą viltį.

1998 m. įvestas naujas modelis pavadintas priežastinėmis dinaminėmis trianguliacijomis. Pirmiausia kiekvienam simpleksui priskiriama laiko kryptis. Tada simpleksai klijuojami taip, kad atitiktų laiko kryptys. Toks erdvėlaikis išlieka vientisu – jis nesubyra į atskirus gabalus ir jame nesusidaro sliekangės. 2004 m. buvo atliktos pirmosios kompiuterinės simuliacijos.

Erdvėlaikis dideliu mastu

Simuliacijos, įvedant vadinamąją kosmologinę konstantą, parodė, kad gautas erdvėlaikis turi tai, ką fizikai vadina de Sitter geometrija, kuri yra tikslus Einšteino lygčių sprendinys visatai, kuri neturi nieko, išskyrus kosmologinę konstantą.

Buvo atlikta ir difuzijos proceso simuliacija, t.y. turinčio panašumą į rašalo lašą kritimą į visatų super-perstatą stebink, kaip jis paplinta veikiant kvantinėms fliuktuacijoms. Matuojant rašalo debesėlio dydį konkrečiais laiko momentais galima nustatyti erdvės matavimų kiekį. Rezultatas verčia pasukti galvą – matavimų skaičius priklauso nuo mastelio. Kitaip sakant, erdvėlaikis turi kitą matavimų kiekį kai leidžiama difuzijai vykti trumpai ir kai ilgai. Pasirodo, kad visata turi kažką, kas primena fraktalus (tai keista erdvės forma, kurioje dydžio koncepcija neegzistuoja, t.y., jos atrodo vienodai bet kuriu mastu).

Literatūra:

1. A. Cho. Deriving Dimensions// Physical Review Focus, Sept. 28, 2004
2. J. Ambjorm et al. Planckian Birth of a Quantum de Sitter Universe// Physical Review Letters. vol.100, March 7, 2008
3. G. Musser. The Complete Idiot‘s Guide to String Theory, 2008
4. R. Loll. The Emergence of Spacetime, or Quantum Gravity on Your Desktop// Classical and Quantum Gravity, vol. 25, no.11, June 7, 2008

Papildomai skaitykite:
Laiko ratas Antigravitacija
Lygiagrečios visatos
Papildomas matavimas
Greičiau už šviesą!
Mitas apie laiko pradžią
Kvantinio pasaulio katinai
Virpesio-sukinio teorija
Laiko ir erdvės atskyrimas
Hadronų koliderio kūrėjas
Heisenbergo mistinė patirtis
Antigravitacijos paieškų istorija
Naujos galimybės žvaigždėlaivio pavarai
Didysis sprogimas ar Didysis atšokimas
Kvantinė mechanika: Triumfas ar mokslo ribotumas?
Greičiais C besiplečiančios–besitraukiančios erdvės B
Higso bosonas: labai prasta balerina
Neapibrėžtumas, tikimybė ir prognozė
Tesla ir eterio technologijos
Tamsioji materija ir tamsioji energija
Tolimojo poveikio reiškinys
Nepaprasti Visatos skaičiai
Erdvės ratilai: Visatos darinių kilmė
Panspermia: užkratas iš kosmoso
Išilginės bangos ir kelionės laike
Visatos pirmapradis karštis
Rodžeris Boskovičius: aplenkęs savo laiką
DNR – kvantinis kompiuteris?
Juodųjų skylių portretas
Paulio draudimo principas
Antigravitacijos paieškos
Saga apie neutronus
Lyginamoji kosmologija
Didysis sprogimas
Visatos mechanika
Visatos modeliai

Maloniai pasitiksime žinias apie bet kokius Jūsų pastebėtus sunkiai paaiškinamus reiškinius. Juos prašome siųsti el.paštu: san-taka@lithuanian.net arba pateikti šiame puslapyje.

UFO sightings and other phenomenas in/under Lithuanian sky. Please inform us about everything you noticed and find unexplainable in the night sky or even during your night dreams, or in the other fields of life. Review of our site in English

NSO svetainė
Vartiklis