물리학 자들은 자연의 4 가지 힘 중 3 가지 (전자기 힘과 강하고 약한 원자력)를 양자 입자의 기원으로 추적했습니다. 그러나 네 번째 기본력 인 중력은 다릅니다.
Albert Einstein이 1 세기 전에 고안 한 중력을 이해하기위한 우리의 현재 프레임 워크는 사과가 시공간 연속체의 곡선을 따라 움직이기 때문에 나무와 행성 궤도 별에서 떨어지는 것을 알려줍니다. 이 곡선은 중력입니다. 아인슈타인에 따르면, 중력은 시공간 매체의 특징이다. 자연의 다른 세력은 그 단계에서 재생됩니다.
그러나 블랙홀의 중심 근처 또는 우주의 첫 순간에 아인슈타인의 방정식이 깨졌습니다. 물리학 자들은 이러한 극단을 정확하게 묘사하기 위해 중력의 더 진실한 그림이 필요합니다. 이 Truer 이론은 아인슈타인의 방정식이 다른 곳에서 만드는 것과 동일한 예측을해야합니다.
물리학 자들은이 진정한 이론에서 중력은 다른 자연의 힘과 같은 양자 형태를 가져야한다고 생각합니다. 연구원들은 1930 년대 이래로 무게의 양자 이론을 찾았습니다. 그들은 중력과 다른 모든 현상이 미미한 진동 현에서 발생한다고 말하는 후보자 아이디어를 발견했지만 지금까지 이러한 가능성은 추측적이고 불완전하게 이해됩니다. 중력의 작동량 이론은 아마도 오늘날 물리학에서 가장 높은 목표 일 것입니다.
중력을 독특하게 만드는 것은 무엇입니까? 연구원들이 근본적인 양자 설명을 찾지 못하게하는 네 번째 힘과 다른 점은 무엇입니까? 우리는 4 명의 다른 양자 중력 연구원에게 물었습니다. 우리는 네 가지 답변을 얻었습니다.
중력은 특이성을 품고
Claudia de Rham 런던 임페리얼 칼리지 (Imperial College London)의 이론적 물리학자인 은 대규모 중력 이론을 다루었으며, 이는 양자화 된 중력 단위가 거대한 입자라고 주장했다 :
아인슈타인의 일반 상대성 이론은 밀리미터 척도에서 우주 학적 거리에 이르기까지 거의 30 배에 가까운 중력의 행동을 올바르게 설명합니다. 그러한 정밀도와 그러한 다양한 척도에 따라 다른 자연의 힘이 묘사되지 않았습니다. 실험 및 관찰과의 이러한 수준의 완벽한 일치로 일반 상대성은 중력에 대한 궁극적 인 설명을 제공하는 것으로 보입니다. 그러나 일반적인 상대성 이론은 자신의 가을을 예측한다는 점에서 놀랍습니다.
일반적인 상대성은 우리 우주의 기원에서 블랙홀과 빅뱅의 예측을 산출합니다. 그러나이 장소의“단수”, 시공간의 곡률이 무한 해 보이는 신비한 지점은 일반적인 상대성의 붕괴를 알리는 깃발 역할을합니다. 블랙홀의 중심 또는 빅뱅 특이점의 특이점에 접근함에 따라 일반 상대성 이론으로부터 추론 된 예측은 정답을 제공합니다. 공간과 시간에 대한보다 근본적인 근본적인 설명은 인수해야합니다. 우리 가이 새로운 물리학 층을 발견한다면, 우리는 공간과 시간 자체에 대한 새로운 이해를 달성 할 수있을 것입니다.
중력이 자연의 다른 힘이라면, 우리는 더 큰 에너지와 더 작은 거리에 도달 할 수있는 엔지니어링 실험으로 더 깊이 조사하기를 희망 할 수 있습니다. 그러나 중력은 평범한 힘이 아닙니다. 특정 지점을지나 비밀을 공개하도록 노력하면 실험 장치 자체가 블랙홀로 무너질 것입니다.
.중력은 블랙홀로 이어집니다
Daniel Harlow Massachusetts Institute of Technology의 양자 중력 이론가 인 은 중력 및 블랙홀 연구에 양자 정보 이론을 적용하는 것으로 유명합니다.
블랙홀은 중력을 양자 역학과 결합하기가 어려운 이유입니다. 중력은 모든 종류의 물질에 의해 느껴지는 유일한 힘이기 때문에 블랙홀은 중력의 결과 일 수 있습니다. 중력을 느끼지 않은 유형의 입자가 있다면, 우리는 그 입자를 사용하여 블랙홀 내부에서 메시지를 보낼 수 있으므로 실제로는 검은 색이 아닙니다.
.모든 물질이 중력을 느끼고 있다는 사실은 가능한 실험의 종류에 대한 제약을 소개합니다. 어떤 장치를 구성하든, 무엇이 만들어 졌는지에 상관없이 너무 무거워 지거나 반드시 블랙홀로 무게로 무게가 붕괴 될 것입니다. 이 제약은 일상적인 상황에서는 관련이 없지만 중력의 양자 기계적 특성을 측정하기위한 실험을 구성하려고하면 필수적입니다.
.다른 자연의 힘에 대한 우리의 이해는 지역의 원리에 기반을두고 있으며, 이는 전기장의 강도와 같은 우주의 각 지점에서 일어나는 일을 설명하는 변수가 모두 독립적으로 변할 수 있다고 말합니다. 또한, 우리가“자유도”라고 부르는 이러한 변수는 직계 이웃에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다. 지역 성은 인과 관계를 유지하기 때문에 현재 입자와 그 상호 작용을 설명하는 방식에 중요합니다. 매사추세츠 주 케임브리지의 자유도가 샌프란시스코의 자유도에 의존한다면,이 의존도를 사용하여 두 도시 사이의 즉각적인 의사 소통을 달성하여 시간을 거꾸로 보낼 수있을 수 있습니다.
지역의 가설은 일반적인 환경에서 매우 잘 테스트되었으며, 양자 중력과 관련이있는 매우 짧은 거리까지 확장된다고 가정하는 것은 자연스럽게 보일 수 있습니다 (중력이 다른 힘보다 훨씬 약하기 때문에이 거리는 작습니다). 지역이 이러한 거리 척도에서 지속되는지 확인하려면 그러한 작은 거리로 분리 된 자유 도의 독립성을 테스트 할 수있는 장치를 구축해야합니다. 그러나 간단한 계산은 실험을 망칠 수있는 대량의 양자 변동을 피하기에 충분히 무거운 장치가 블랙홀로 붕괴 될 정도로 무겁다는 것을 보여줍니다! 따라서이 척도에서 지역성을 확인하는 실험은 불가능합니다. 따라서 양자 중력은 그러한 길이 척도에서 지역성을 존중할 필요가 없습니다.
실제로, 지금까지 블랙홀에 대한 우리의 이해는 양자 중력 이론이 다른 세력에 대한 경험에 근거하여 기대할 수있는 것보다 실질적으로 적은 자유도를 가져야한다는 것을 시사합니다. 이 아이디어는“홀로그래피 원리”에서 체계화되며, 대략적으로 말하면, 공간 영역의 자유도 수는 부피 대신 표면적에 비례한다는 것을 말합니다.
.중력은 아무것도없는 것으로부터 무언가를 만듭니다
Juan Maldacena , 뉴저지 주 프린스턴의 고급 연구 연구소의 양자 중력 이론가 인 는 중력과 양자 역학 사이의 홀로그램과 같은 관계를 발견하는 것으로 가장 잘 알려져 있습니다.
입자는 많은 흥미롭고 놀라운 현상을 나타낼 수 있습니다. 우리는 자발적인 입자 생성, 멀리 떨어져있는 입자 상태 사이의 얽힘 및 여러 위치에 존재하는 입자를 가질 수 있습니다.
양자 중력에서, 시공간 자체는 새로운 방식으로 행동합니다. 우리는 입자의 창조 대신 우주의 창조를 가지고 있습니다. 얽힘은 시공간의 먼 지역 사이의 연결을 만드는 것으로 생각됩니다. 우리는 시공간 지오메트리가 다른 우주의 중첩을 가지고 있습니다.
또한, 입자 물리학의 관점에서 볼 때, 공간의 진공은 복잡한 물체입니다. 우리는 서로 위에 겹쳐져서 공간 전체에 걸쳐 확장되는 많은 엔터티를 묘사 할 수 있습니다. 각 필드의 값은 짧은 거리에서 지속적으로 변동합니다. 이러한 변동하는 필드와 그 상호 작용 중에서 진공 상태가 나타납니다. 입자는이 진공 상태의 교란입니다. 진공 구조의 작은 결함으로 묘사 할 수 있습니다.
우리가 중력을 고려할 때, 우리는 우주의 확장 이이 진공 물건을 더 많이 생산하는 것으로 보인다는 것을 알았습니다. 시공간이 만들어지면 결함이없는 진공에 해당하는 상태가 발생합니다. 진공이 정확히 올바른 배열에서 나타나는 방법은 블랙홀과 우주론에 대한 일관된 양자 설명을 얻기 위해 대답 해야하는 주요 질문 중 하나입니다. 이 두 경우 모두 시공간의 스트레칭이있어 진공 물질의 더 많은 생성을 초래합니다.
중력은 계산할 수 없습니다
Sera Cremonini Lehigh University의 이론적 물리학자인 은 현악 이론, 양자 중력 및 우주론에서 일하고 있습니다 :
중력이 특별한 이유는 여러 가지가 있습니다. 아인슈타인의 일반적인 상대성 이론의 양자 버전은“정상화 할 수 없다”는 생각 인 한 측면에 집중하겠습니다. 이것은 높은 에너지에서 중력의 행동에 영향을 미칩니다.
양자 이론에서는 매우 활기 넘치는 입자가 서로 흩어져서 상호 작용하는 방법을 계산하려고 할 때 무한한 용어가 나타납니다. 중력 이외의 자연의 모든 힘을 설명하는 이론을 포함하는 재 정규화 가능한 이론에서, 우리는 소위 대응제를 효과적으로 취소하는 다른 수량을 적절하게 추가함으로써 이러한 무한대를 엄격하게 제거 할 수 있습니다. 이 재 정규화 과정은 매우 높은 수준의 정확도에 대한 실험에 동의하는 신체적으로 현명한 답변으로 이어집니다.
일반 상대성 이론의 양자 버전의 문제는 매우 활력이 많은 중력의 상호 작용 (양자화 된 중력 단위)의 상호 작용을 설명하는 계산이 무한히 무한한 용어를 가질 것이라는 점입니다. 끝없는 과정에서 무한히 많은 반대편을 추가해야합니다. 재 정규화는 실패 할 것입니다. 이 때문에 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 양자 버전은 매우 높은 에너지에서 중력에 대한 좋은 설명이 아닙니다. Gravity의 주요 특징과 성분 중 일부를 놓치고 있어야합니다.
그러나, 우리는 여전히 다른 상호 작용에 작용하는 표준 양자 기술을 사용하여 낮은 에너지에서 중력에 대한 완벽하게 좋은 대략적인 설명을 가질 수 있습니다. 중요한 점은 중력에 대한이 대략적인 설명이 일부 에너지 척도에서 또는 어느 정도 길이 아래로 분해된다는 것입니다.
이 에너지 척도 이상, 또는 관련 길이 척도 이하로 새로운 정도의 자유와 새로운 대칭을 찾을 것으로 예상됩니다. 이러한 기능을 정확하게 캡처하려면 새로운 이론적 프레임 워크가 필요합니다. 이것은 현악 이론 또는 일부 적절한 일반화가 나오는 곳입니다. 문자열 이론에 따르면, 매우 짧은 거리에서, 우리는 중력과 다른 입자가 줄라기라고 불리는 확장 된 물체임을 알 수 있습니다. 이 가능성을 연구하면 중력의 양자 행동에 대한 귀중한 교훈을 가르쳐 줄 수 있습니다.
