25 개의 입자와 4 가지 힘. 입자 물리학의 표준 모델 인이 설명은 모든 것에 대한 물리학 자의 최신 설명을 구성합니다. 깔끔하고 간단하지만 아무도 그것에 만족하지 않습니다. 물리학 자에게 가장 자극하는 것은 중력 중 하나 인 중력이 네 손에 달린 손에 아픈 엄지 손가락처럼 튀어 나온다는 것입니다. 중력이 다릅니다.
전자기력과 강하고 약한 원자력과 달리 중력은 양자 이론이 아닙니다. 이것은 미적으로 불쾌 할뿐만 아니라 수학적 두통이기도합니다. 우리는 입자가 양자 특성과 중력장을 모두 가지고 있다는 것을 알고 있으므로 중력장에는 입자와 같은 양자 특성이 있어야합니다. 그러나 양자 중력의 이론은 오기가 어려웠습니다.
1960 년대에 Richard Feynman과 Bryce DeWitt는 전자기를 양자 전기 역학이라는 양자 이론으로 성공적으로 변형시킨 것과 동일한 기술을 사용하여 중력을 정량화하기 시작했습니다. 불행하게도, 중력에 적용될 때, 알려진 기술은 고 에너지에 외삽 할 때 무한한 수의 무한에 의해 괴로워 졌다는 이론을 초래했다. 이 중력의 양자화는 잠시 아프다고 생각되었고, 근사치는 중력이 약한 경우에만 유용합니다.
그 이후로, 물리학 자들은 중력이 강할 때도 효과가있는 이론을 찾기 위해 중력을 정량화하려는 몇 가지 다른 시도를했습니다. 문자열 이론, 루프 양자 중력, 인과 적 동적 삼각 측량 및 몇몇 다른 사람들이 그 목표를 목표로하고 있습니다. 지금까지,이 이론들 중 어느 것도 실험적 증거가 없다. 각각은 수학적 장단점을 가지고 있으며 수렴은 보이지 않는 것 같습니다. 그러나 이러한 접근 방식이 관심을 끌기 위해 경쟁하는 동안 오래된 라이벌은 따라 잡았습니다.
이론은 1978 년 Steven Weinberg에 의해 무증상 (As-em-tot-ick-lee) 안전 중력을 불렀다. 1 년 후 전자기 및 약한 원자력을 통일하기 위해 1 년 후 쉘든 리 글래 시우 (Sheldon Lee Glashow)와 압 두스 살람 (Abdus Salam)과 노벨상을 나누는 와인버그 (Weinberg)는 중력의 순진한 양자화로 인한 문제가 이론에 대한 죽음의 죽음이 아니라는 것을 깨달았다. 비록 높은 에너지에 외삽 될 때 이론이 분해되는 것처럼 보이지만,이 고장은 결코 통과되지 않을 수 있습니다. 그러나 어떤 일이 일어나는지 말할 수 있도록 연구원들은 최근에만 사용할 수있게 된 새로운 수학적 방법을 기다려야했습니다.
양자 이론에서 모든 상호 작용은 그들이 발생하는 에너지에 의존합니다. 즉, 일부 상호 작용이 더 관련성이 높아짐에 따라 이론이 변하고 다른 상호 작용은 이론이 변함을 의미합니다. 이 변화는 이론에 들어가는 숫자 (집합 적으로“매개 변수”)가 에너지에 어떻게 의존하는지 계산하여 정량화 할 수 있습니다. 예를 들어, 강한 핵력은 커플 링 상수로 알려진 매개 변수로서 높은 에너지에서 약해집니다. 이 숙박 시설은“점근 적 자유”로 알려져 있으며 2004 년 Frank Wilczek, David Gross 및 David Politzer에게 또 다른 노벨상의 가치가있었습니다.
비대칭 적으로 자유로운 이론은 높은 에너지에서 잘 작동합니다. 문제가되지 않습니다. 중력의 양자화는이 유형의 양자화는 아니지만 Weinberg가 관찰 한 바와 같이, 약한 기준이 다음과 같습니다. 이것은 순진한 외삽에서 직면 한 상황에 반대하며, 이는 무한한 수의 지정 불가능한 매개 변수를 필요로합니다. 또한, 매개 변수 중 어느 것도 무한하지 않아야합니다. 매개 변수의 수가 유한하고 매개 변수 자체가 유한하다는이 두 가지 요구 사항은 이론을“비대칭 적으로 안전”으로 만듭니다.
.다시 말해서, 높은 에너지의 이론이 저 에너지의 이론과 똑같이 잘 작동하는 경우, 중력은 무증상으로 안전합니다. 그 자체로 이것은 많은 통찰력이 아닙니다. 통찰력은이 좋은 행동이 저 에너지 (Dewitt and Feynman의 초기 작품)에서 이론에 대해 이미 알고있는 것과 반드시 모순되는 것은 아니라는 사실을 깨닫게됩니다.
.중력이 무증상으로 안전 할 수 있다는 생각은 40 년 동안 이루어졌지만 1990 년대 후반, 하이델베르크 대학교의 물리학자인 Wetterich Christ의 연구와 Mainz 대학의 물리학자인 Martin Reuter의 연구를 통해 불과했습니다. Wetterich와 Reuter의 작품은 더 높은 에너지에서 중력의 양자 이론으로 어떤 일이 발생하는지 계산하는 데 필요한 수학적 형식주의를 제공했습니다. 따라서 점근 적 안전 프로그램의 전략은 저 에너지의 이론부터 시작하여 새로운 수학적 방법을 사용하여 점근 적 안전에 도달하는 방법을 탐구하는 것입니다.
그렇다면 중력은 무증상으로 안전합니까? 아무도 그것을 증명하지 않았지만 연구자들은 아이디어를 뒷받침하기 위해 몇 가지 독립적 인 주장을 사용합니다. 첫째, 저 차원 공간 타임에서 중력 이론에 대한 연구는 훨씬 간단한 경우,이 경우 중력이 비대칭 적으로 안전하다는 것을 알 수 있습니다. 둘째, 대략적인 계산은 가능성을 지원합니다. 셋째, 연구자들은 일반적인 방법을 더 간단하고 비 이화 된 이론에 대한 연구에 적용하여 신뢰할 수 있음을 발견했습니다.
이 접근법의 주요 문제는 전체 (무한 차원!) 이론 공간의 계산이 불가능하다는 것입니다. 계산을 실현하기 위해 연구원들은 공간의 작은 부분을 연구하지만 얻은 결과는 제한된 수준의 지식 만 생성합니다. 따라서 기존 계산이 점근 적 안전과 일치하더라도 상황은 결정적이지 않은 상태로 남아 있습니다. 그리고 개방 된 또 다른 질문이 있습니다. 이론이 비대칭 적으로 안전하더라도, 양자 이론의 필수 요소를 깨뜨릴 수 있기 때문에 높은 에너지에서 물리적으로 의미가 없을 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 물리학 자들은 이미 점근 적 안전의 배후에 아이디어를 시험에 넣을 수 있습니다. 중력이 무증상으로 안전하다면, 즉 이론이 고 에너지에서 잘 작동한다면 존재할 수있는 기본 입자의 수를 제한합니다. 이 제약은 그랜드 통일에 대한 추구 된 접근법과 비록 비대칭 안전한 중력을 제공합니다. 예를 들어, 가장 간단한 버전의 초대칭 (각각 알려진 입자에 대한 자매 입자를 예측하는 장거리 이론)은 비대칭 적으로 안전하지 않습니다. 한편 SuperSymmetry의 가장 간단한 버전은 표준 모델의 다른 제안 된 확장을 가지고있는 것처럼 LHC의 실험에 의해 배제되었습니다. 그러나 물리학 자들이 무증상 행동을 미리 연구했을 때, 그들은 이러한 아이디어가 유망하지 않았다는 결론을 내릴 수있었습니다.
또 다른 연구는 최근 점근 적 안전성이 입자의 질량을 제한한다는 것을 보여 주었다. 상단과 하단 쿼크의 질량 차이는 특정 값보다 크지 않아야 함을 의미합니다. 우리가 아직 상단 쿼크의 질량을 측정하지 않았다면, 이것은 예측으로 사용될 수있었습니다.
이러한 계산은 전적으로 정당화되지 않은 근사치에 의존하지만 결과는 방법의 힘을 보여줍니다. 가장 중요한 의미는 힘이 통일 될 수있는 에너지의 물리학 (일반적으로 절망적으로 손이 닿지 않는 것으로 생각되는 에너지)이 낮은 에너지의 물리와 복잡하게 관련되어 있다는 것입니다. 점근 적 안전의 요구 사항은 그것들을 연결합니다.
내가 스스로 자신이 비대칭 적으로 안전한 중력을 위해 일하지 않는 동료들과 대화 할 때마다, 그들은 접근 방식을“실망”이라고합니다. 이 의견은 점근 적 안전이 양자 중력으로부터 배우는 새로운 것이 없다는 것을 의미한다고 생각합니다.
그러나 점근 적 안전은 테스트 가능한 저 에너지와 접근 할 수없는 고 에너지 사이의 연결을 제공 할뿐만 아니라 위의 예에서 알 수 있듯이 접근 방식이 반드시 중력을 정량화하는 다른 방법과 충돌하는 것은 아닙니다. 점근 적 안전의 중심에 외삽이 시공간에 대한보다 근본적인 설명 (예 :문자열 또는 네트워크)이 높은 에너지에서 나타나는 것을 배제하지 않기 때문입니다. 실망스럽고, 점근 적 안전은 우리가 알려진 우주를 마침내 시공간의 양자 행동에 연결할 수있게 해줄 수 있습니다.
이 기사는 Wired.com에서 재 인쇄되었습니다.
