앨버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론 이론은 백년이 넘지 만 여전히 물리학 자에게 두통을줍니다. 아인슈타인의 방정식은 끔찍하게 해결하기 어려울뿐만 아니라 물리학 자들의 다른 가장 큰 성과, 양자 이론과 충돌합니다.
문제는 입자가 양자 특성을 가지고 있다는 것입니다. 예를 들어, 한 번에 두 곳에있을 수 있습니다. 이 입자는 또한 질량을 가지고 있으며 질량은 중력을 유발합니다. 그러나 중력에는 양자 특성이 없기 때문에 양자 중첩에서 입자의 중력 당기가 무엇인지 실제로 아무도 모릅니다. 이 문제를 해결하려면 물리학자는 양자 중력 이론이 필요합니다. 또는 아인슈타인은 우리에게 중력이 실제로 시공간의 곡률이라고 가르쳤 기 때문에 물리학 자들은 공간과 시간의 양자 특성에 대한 이론이 필요합니다.
이론적 물리학 자와 같은 큰 사람들에게도 어려운 문제입니다. 그들은 1930 년대 이래 자연의 법칙에 질서를 가져 오려면 양자 중력이 필요하다는 것을 알고 있었지만 80 년은 해결책이 어디에도 보이지 않습니다. 진보하는 길에 대한 주요 장애물은 실험 지침이 부족하다는 것입니다. 양자 중력의 효과는 극도로 약하고 측정 된 적이 없으므로 물리학 자들은 의지 할 수있는 수학 만 가지고 있습니다. 그리고 수학에서 길을 잃기 쉽습니다.
양자 중력에 대한 관찰 증거를 얻는 것이 어려운 이유는 현재 가능한 모든 실험이 두 가지 범주에 속하기 때문입니다. 우리는 양자 효과 (작고 가벼운 물체를 사용하거나 중력 효과를 측정) 크고 무거운 물체를 사용하는 중력 효과를 측정합니다. 두 경우 모두 양자 중력 효과는 작습니다. 양자 중력의 효과를 보려면 실제로 양자 특성을 발음하는 무거운 물체가 필요하며, 이는 오기가 어렵습니다.
.물리학 자들은 양자 중력이 관련되어야하는 자연적으로 발생하는 몇 가지 상황을 알고 있습니다. 그러나 나는 종종 그것을 듣지만 짧은 거리에 있지는 않습니다. 에너지 밀도가 커지고 시공간 곡률이 강해지는 상황에서는 정량화되지 않은 중력이 실제로 실패합니다. 천체 물리학자가“강한”곡률을 고려하는 것은 양자 중력에서 일하는 사람들에게 여전히“약한”곡률이라는 것을 분명히하겠습니다. 특히, 블랙홀 수평선의 곡률은 눈에 띄는 양자 중력 효과를 야기 할만 큼 원격으로 강하지 않습니다.
우리는 일반적인 상대성 이론을 유발할만큼 강한 곡률은 블랙홀의 중심에만 존재하고 빅뱅에 의해 가깝다고 생각합니다. 두 경우 모두 강하게 압축 된 물질은 밀도가 높고 현저한 양자 거동이있어 양자 중력 효과를 야기해야합니다. 불행히도, 우리는 블랙홀을 들여다 볼 수 없으며, 현재 측정 기법으로 오늘날의 관측에서 빅뱅에서 일어난 일을 재구성 할 수 없으며 양자 중력 거동을 드러 낼 수 없습니다.
.양자 중력이 관련이있는 정권도 매우 높은 질량 중심 에너지에서 입자 충돌에서 도달해야합니다. 만약 당신이 충분히 큰 콜라이드를 가지고 있다면 - 현재 기술의 경우 은하수의 크기에 관한 것이라고 말하면 충분한 곡률을 만들기 위해 충분한 공간에 충분한 에너지를 집중시킬 수 있습니다. 그러나 우리는 곧 그런 콜라이더를 만들지 않을 것입니다.
시공간 곡률이 강한 것 외에도 중력의 양자 효과가 종종 무거운 물체의 양자 중첩을 생성함으로써 측정 할 수있는 또 다른 사례가 있습니다. 이로 인해 물질이 양자 특성을 갖는 근사치를 유발하지만 중력은 무게가 무너지지 않아 중력의 진정한 양자 효과를 나타냅니다. 몇몇 실험 그룹은 현재 그러한 영향에 민감해질 수있는 정권에 도달하려고 노력하고있다. 그들은 여전히 약간의 주문을 가지고 있으므로 아직 거기에 있지는 않습니다.
물리학 자가이 사건을 더 가깝게 연구하지 않는 이유는 무엇입니까? 항상 그렇듯이 과학자들이 왜 다른 일을하는지 말하기는 어렵습니다. 이론적 인 관점 에서이 사건이 그다지 흥미롭지 않기 때문에 그것이 추측 할 수 있습니다.
나는 물리학 자들이 양자 중력 이론이 없다고 말했지만 그것은 부분적으로는 정확하다. 중력은 1960 년대 Richard Feynman과 Bryce DeWitt에 의해 이미 정상적인 양자화 방법을 사용하여 양자화되었습니다. 그러나 이론은 이런 식 (“교란 된 양자 중력”)을 얻는 이론은 물리학 자들이 그것을 사용하기를 원하는 강력한 곡률 체제 (“교도 적으로 비정기적이지 않은”)에서 분해한다. 그러므로이 접근법은 오늘날에만 양자 중력에 대한 완전한 전체 이론 (“UV-completion”)에 대한 저에너지 근사법 (“유효 이론”)으로 간주됩니다.
.1960 년대 지난 1960 년대, 양자 중력에 대한 거의 모든 연구 노력은 그 전체 이론을 개발하는 데 중점을 두었습니다. 가장 잘 알려진 접근법은 문자열 이론, 루프 양자 중력, 점근 적 안전성 및 인과 적 역학 삼각 측량입니다. 그러나 양자 중첩에 무거운 물체가있는 위에서 언급 한 사례는 강한 곡률을 유발하지 않으므로 1960 년대부터 지루하고 잘 이해 된 이론의 영역에 속합니다. 아이러니하게도, 이런 이유로, Quantum Gravity의 전체 이론에 대한 주요 접근법 중 하나에서 그러한 실험에 대한 이론적 예측은 거의 없다.
.현장에있는 대부분의 사람들은 현재 섭동 양자 중력이 양자 중력 이론의 정확한 저에너지 한계 여야한다고 생각합니다. 그러나 소수는 이것이 그렇지 않다고 주장하며,이 클럽의 구성원은 일반적으로 다음과 같은 이유 중 하나 또는 둘 다를 인용합니다.
첫 번째 반대는 철학적입니다. 정의상에서 파생 된 이론이 덜 근본적이기 때문에 덜 근본적인 이론 (비 쿼터 중력)에서 더 근본적인 이론 (양자 중력)을 도출하는 것은 개념적으로 의미가 없습니다. 실제로 양 밀레 이론의 양자화 절차는 논리적 악몽입니다. 당신은 비 Quantum 이론으로 시작하여 다른 이론을 얻는 것이 더 복잡해 지지만, 그것은 엄격하게 파생을 말하지는 않지만, 고전적인 한계를 취하면 좋은 해석이없는 이론을 얻습니다. 그래서 왜 그것을 시작하기 시작 했습니까?
글쎄, 분명한 대답은 다음과 같습니다. 우리는 그것이 효과가 있기 때문에 그렇게하고, 역사적 사고 때문에 많은 의미가 있기 때문에 이런 식으로 그렇게합니다. 나와 같은 실용 주의자에게는 아무런 문제가 없지만 같은 방법이 중력에 적용되어야한다고 주장하는 강력한 이유는 아닙니다.
섭동 양자화에 대한 두 번째로 명명 된 주장은 물을 정량화하여 원자 물리학을 얻지 못한다는 것입니다. 따라서 중력이 근본적인 상호 작용이 아니라 다수의 미세한 성분의 집단적 행동 (“시공간의 원자”라고 생각)에서 비롯된 경우 일반 상대성 이론을 정량화하는 것이 잘못된 일입니다.
이 관점을 취하는 사람들은 그 중력이 실제로 알려지지 않은 미세한 성분의 대량 이리기이며“Emergent Gravity”라는 접근법을 따릅니다. Ted Jacobson, Thanu Padmanabhan 및 Erik Verlinde의 (독립적 인) 관찰에 의해 뒷받침되며, 중력 법칙이 열역학적 법칙처럼 보일 수 있도록 중력 법칙을 다시 작성할 수 있습니다. “가장 놀라운 통찰력”과“거의 관련성이 거의없는 호기심”사이 의이 플립 플롭에 대한 나의 의견은 때로는 하루에 여러 번
입니다.출현 중력이 양자 중력에 대한 올바른 접근법이라고 생각한다면, 우리가 알고있는 중력과 같은 중력이 고장이되는 질문이 복잡해집니다. 여전히 높은 곡률에서 분해되어야하지만 일반적인 상대성에서 출발 할 수있는 추가 상황이있을 수 있습니다.
예를 들어 Verlinde는 암흑 물질과 암흑 에너지를 양자 중력의 유물로 해석합니다. 당신이 이것을 믿는다면, 우리는 이미 양자 중력에 대한 증거가 있습니다! 다른 사람들은 시공간이 미세한 성분으로 만들어지면 점도와 같은 벌크-프로 르트가 있거나 일반적으로 Birepringence와 같은 결정과 관련된 효과 또는 빛의 분산과 관련된 효과를 초래할 수 있다고 제안했습니다.
요약하면, 중력의 양자 효과가 강한 시공간 곡률과 관련이 있어야한다는 기대는 논쟁의 여지가없는 외삽 법을 기반으로하며, 현장의 거의 모든 사람들이 그것에 동의합니다.* 양자 중력에 대한 특정 접근법에서 일반 상대성 이론과의 편차는 또한 장거리 거리, 낮은 가속 또는 낮은 에너지에서 관련 될 수 있습니다. 종종 무시되는 가능성은 무거운 물체의 양자 중첩으로 양자 중력의 영향을 조사하는 것입니다.
나는 내 생애에 양자 중력에 대한 실험적 증거를보고 싶습니다.
Sabine Hossenfelder는 의 연구원입니다 프랑크푸르트 고급 연구 연구소 그녀는 표준 모델, 현상 학적 양자 중력 및 일반 상대성의 수정을 넘어 물리학에서 일하는 경우. 물리의 기초에 무엇이 잘못되고 있는지에 대해 더 알고 싶다면 그녀의 책을 읽으십시오 수학에서 잃어버린 :아름다움이 물리학을 길들이게하는 방법.
* 나를 제외하고 가끔.
시계 :우리는 물리학의 위대한 이론을 통일 할 수 있습니다.
이 게시물은 원래 Hossenfelder의 블로그 인 Backre (Action)에 게시되었으며 허가로 재 인쇄되었습니다.
