Квантовая гравитация

[Михаил Дмитриев]

aklimets писал(а):

kirovs писал(а):

aklimets писал(а):

... Главный вывод из моей статьи о том, что на планковском уровне вакуум состоит из виртуальных планковских черных дыр...

Почему же чёрные дыры?Ведь известно, что планковские чёрные дыры (в абстрактной модели) имеют очень малое время жизни?

Ну и что? Виртуальные планковские черные дыры появляются, исчезают, т.е. вакуум постоянно флуктуирует планковскими черными дырами. Процесс этот вечен и бесконечен. Иногда флуктуация планковского вакуума столь велика, что проявляется в форме "Большого Взрыва".

Давайте посмотрим на Вселенную с такой позиции. Границы у нее существуют. Это означает наличие начального момента этого существования. До него не было ничего- Абсолютная Пустота (ничто). Это ничто всегда, с первого момента рождения и до настоящего момента, окружало и окружает сферу Вселенной. Снаружи Вселенная не наблюдаемый объект, у нее нет понятия снаружи, потому что там ничто. Границы Вселенной, таким образом, являются горизонтом событий. Это основное свойство ЧД. ( черная дыра).
ЧД имеют по теории четыре возможных сценария развития, простого накопления массы в некотором объеме в том числе. Этот сценарий выполняется в объеме Вселенной, и она обладает всеми свойствами ЧД. Всеми свойствами Вселенной, таким образом, обладает
и ЧД. Отсюда делаем вывод о том, что внутри ЧД не может существовать объект с подобными свойствами. Вселенная во Вселенной это явный перебор, невозможный вариант существования ЧД при окружении ее материей.
Так что искать ЧД в галактиках или в физическом вакууме в любых, тем более в микроскопических масштабах бесполезно. Пустая трата времени и ресурсов.
А от планковских границ берет свое начало Абсолютное Время - частота первичных квантов.

[aklimets]

Михаил Дмитриев писал(а):

Отсюда делаем вывод о том, что внутри ЧД не может существовать объект с подобными свойствами. Вселенная во Вселенной это явный перебор, невозможный вариант существования ЧД при окружении ее материей.

Чего только на свете не бывает

[Михаил Дмитриев]

aklimets писал(а):

Михаил Дмитриев писал(а):

Отсюда делаем вывод о том, что внутри ЧД не может существовать объект с подобными свойствами. Вселенная во Вселенной это явный перебор, невозможный вариант существования ЧД при окружении ее материей.

Чего только на свете не бывает

Между прочим, сценарий образования ЧД путем коллапса звезды не состоятелен.
Это установлено астрофизическими наблюдениями. Она просто медленно умирает. В течение этого заключительного периода происходит сброс внешних оболочек звезды и гигант превращается в постепенно остывающего белого карлика, окруженного расширяющейся газовой туманностью.

[aklimets]

Исследования физиков показали, что черные дыры и элементарные частицы имеют много общих черт. Все черные дыры, как и элементарные частицы, за исключением массы, заряда и спина, выглядят одинаково. И те и другие выглядят как мельчайшие сгустки материи, полностью характеризующиеся массами, зарядами и спинами.

Учет эффектов квантовой гравитации (смотрите, например, мою статью о геонах ) показывает, что черные дыры с массой меньше планковской, не образуются. Планковские черные дыры имеют чрезвычайно малое сечение взаимодействия (~ 10^-66 см2 ). Это приводит к тому, что звезды и планеты практически полностью для них прозрачны – длина свободного пробега планковской черной дыры в веществе ядерной плотности сравнима с радиусом видимой части Вселенной. Поэтому их очень трудно обнаружить.

Планковские черные дыры должны играть важную роль в физике элементарных частиц. При вычислении собственной энергии частицы обычно учитывают вклад промежуточных состояний с произвольно большой энергией, что приводит к появлению расходимостей. Учет гравитационных взаимодействий соответствующих виртуальных частиц и появление виртуальных черных дыр в промежуточном состоянии должен привести к устранению этих расходимостей.

Виртуальные планковские черные дыры должны, согласно соотношению неопределенностей Rg S >= L^2 pl, возникать и в вакууме в результате квантовых флуктуаций. Квантовые флуктуации гравитационного поля тем больше, чем меньше масштаб длины. В планковском масштабе (~10^-33 см) флуктуации метрики порядка единицы. Пространство-время в планковских масштабах напоминает "мыльную пену". Взаимодействие элементарных частиц с пространственно-временной "пеной" может приводить к несохранению бозонного и лептонного зарядов (Хокинг). Ожидаемое при этом время жизни протона составляет ~10^50 лет.

[Bob Whiteman]

Господа, а мне вот недавно пришла в голову мысль, что такой штуки, как квантовой гравитации, не существует вообще!

По порядку: электрон, например, оказываясь в гравитационном поле, скажем, Земли, возможно и испытывает на себе его действия, двигаясь в этом поле подобающим образом. Но во взаимодействии "частица - частица" гравитации нет! Есть электромагнитные взаимодействия частиц, ядерные, слабые, но не гравитация! Гравитация в мире частиц не проявляется.

И вот почему.

Коротко говоря, элементарная частица не является источником гравитационного поля по той пичине, что это поле, если бы оно существовало, оказывало бы настолько малый эффект на поведение других частиц, что этот эффект был бы полностью скрыт за пределами квантовой неопределённости.

Чему нас учит копенгагенская интерпретация квантовой механики? Существуют лишь те параметры, которые можно измерить. Гравитационное взаимодействие частиц, если его предположить, оказывается ПРИНЦИПИАЛЬНО неизмеримо. Следовательно, его попросту нет.

Перейдём к конкретике. Возьмём два электрона. Чтобы усилить эффект их гравитационного притяжения, предположим, что эти электроны находятся друг к другу очень близко, скажем, на расстоянии размера атомного ядра 10^-^1^5 м (куда уж ближе!) Гравитационное притяжение электронов, если бы оно было, должно вносить свой вклад в изменение импульса электрона.

Согласно ньютоновскому закону, сила этого притяжения $$F=\frac {m_e^2 G} {r^2}$$,
где $m_e = 9\times10^-^3^1$ кг (масса электрона), $G$ - гравитационная постоянная, $r$ - (как мы условились) - диаметр атомного ядра (на бОльших расстояниях эффект гравитации будет ещё слабее),

отсюда изменение импульса электрона $$\Delta P = F \Delta t = \frac {m_e^2 G \Delta t} {r^2}$$

$\Delta t$ - время действия силы, которое мы можем найти из соотношения неопределённостей: $\Delta t = \frac {\hbar} {\Delta E}$
В качестве $\Delta E$ (точность в значении энергии) для простоты возьмём энергию покоя самого электрона $m_e c^2$

Тогда: $$\Delta P = \frac {m_e G \hbar} {c^2 r^2}$$,

а отсюда легко найти, какова должна быть неопределённость в положении электрона, чтобы приращение его импульса за счёт гравитационного эффекта было бы измеримо:

$\Delta X = \frac {\hbar} {\Delta P} = \frac {c^2 r^2} {m_e G} = \frac {(3\times10^8)^2 \times (10^-^1^5)^2} {( 9\times10^-^3^1) \times (6,7\times10^-^1^1)} =$
$= 1,4 \times 10^2^7$ м $= 1,4 \times 10^1^1$ световых лет (!), что превышает размер Метагалактики!

А мы исходили из того, что два электрона находятся на расстоянии атомного ядра, следовательно, неопределённость в положении электрона должна быть не более чем 10^-^1^5 м, чтобы эффект был наблюдаем.

Вывод: в мире элементарных частиц гравитации попросту нет! И вообще это не взаимодействие (взаимодействий три: электромагнитное, ядерное и слабое), а эффект искривления пространства-времени вблизи больших масс. Для массы частицы этот эффект полностью нивелируется квантовой неопределённостью.

[photon]

[mod="photon"]Bob Whiteman, используйте тег math для записи формул[/mod]

[Bob Whiteman]

Спасибо, постараюсь учесть.

С ним однако как следует разбираться нужно...

[AlexDem]

Bob Whiteman писал(а):

Вывод: в мире элементарных частиц гравитации попросту нет! И вообще это не взаимодействие (взаимодействий три: электромагнитное, ядерное и слабое), а эффект искривления пространства-времени вблизи больших масс. Для массы частицы этот эффект полностью нивелируется квантовой неопределённостью.

А где гарантия, что элементарные частицы - это конечный уровень деления материи? Возможно, они состоят из субчастиц, теряющих свою массу в результате дефекта масс? И потом - разве можно исключить такую возможность, что систему Земля-Луна можно (хотя бы гипотетически) описать матрицей состояния и вычислять траекторию Луны средствами КМ?

[aklimets]

Экспериментальное подтверждение выводов из моей статьи

Две группы астрономов - одна из Алабамского университета в г. Хантсвилл, другая - из астрофизической обсерватории Арчетри (Италия) - исследовали изображения удаленных звезд и галактик. Изображения объектов оказались совершенно резкими. По мнению ученых, это противоречит гипотезе о квантовой природе пространства-времени в микромасштабах, поскольку в этом случае изображения удаленных объектов были бы нечеткими, "смазанными". Поставлены под сомнение две основополагающие теории современной физики - квантовая теория, описывающая поведение материи на микроуровне, и общая теория относительности Эйнштейна, которая описывает структуру пространства, времени и гравитации в макромасштабах.

Результаты работы поставили под сомнение существование двух физических величин - так называемой планковской длины и планковского времени. Согласно теории, это своеобразные кванты - наименьшие измеримые величины длины и времени (планковская длина равна расстоянию, которое пройдет свет в вакууме за промежуток времени, равный планковскому времени – 5x10^-44 секунды).

"Теоретики весьма обеспокоены этими данными, - заявил Ричард Лью (Richard Lieu) из Алабамского университета. - Возможно, мы что-то недопонимаем в физике". "Ничего подобного предсказанным ранее эффектам квантования времени и пространства мы не обнаружили", - соглашается с г-ном Лью астроном Роберто Рагаццони (Roberto Ragazzoni) из обсерватории Арчетри. Он и его коллеги провели те же наблюдения, что и группа Лью, но использовали для этого другую методику. "Данные наблюдений весьма интересны и, возможно, будут иметь исключительно важные последствия, - заявил теоретик Джон Барретт (John Barrett) из университета Ноттингэма (Великобритания). - Любая теория квантовой гравитации должна будет в дальнейшем их учитывать". Тем не менее, он сказал, что наши представления о квантовой гравитации еще не позволяют с уверенностью предсказывать эффекты.

Возможно, нечетких изображений удаленных объектов и вовсе не должно быть. Рагаццони и Лью ранее предположили, что измерить планковское время можно путем анализа изображений удаленных объектов во Вселенной. Поток электромагнитного излучения (фотонов) от такого точечного объекта, прежде чем добраться до наблюдателя, должен многократно "преодолеть" масштаб планковского времени, в результате чего его скорость будет слегка меняться, так что изображение объекта окажется искаженным. И чем дальше расположен объект, тем больше таких искажений, обусловленных "ячеистой" природой пространства и времени, накопится к тому моменту, когда его свет достигнет земного наблюдателя. Этот эффект и приведет к "размазыванию" изображения объекта.

Группа Рагаццони оценила степень ожидаемого искажения изображений удаленных объектов в зависимости от расстоянии до них. Но при сравнении изображений взорвавшейся звезды и галактики, расположенных от нас на расстояниях 42 млн. и 5 млрд. световых лет соответственно, выяснилось, что "размазывания" их изображений не удается обнаружить вообще.

О полной дискредитации теории квантования пространства и времени говорить еще, конечно, рано. У теоретиков в запасе есть, по меньшей мере, два варианта объяснения странного факта. Первый вариант исходит из того, что на микроуровне - в планковском масштабе - пространство и время варьируются одновременно друг с другом, так что скорость распространения фотонов при этом не меняется. Второе объяснение предполагает, что неоднородности скорости определяются не планковской длиной, а ее квадратом (порядка 10^-60 метра), так что эти неоднородности становятся неизмеримо малыми.

Источник: по материалам журнала Nature, 2005 г.

Однако из соотношений неопределенностей, полученных в моей статье о квантовой гравитации как раз и следует, что неоднородности скорости определяются не планковчской длиной, а ее квадратом, поэтому необходимы более точные эксперименты (видимо, на большей длине).

[Кравченко]

Есть сомнения в отношении высказывания Bob Whiteman:
По порядку: электрон, например, оказываясь в гравитационном поле, скажем, Земли, возможно и испытывает на себе его действия, двигаясь в этом поле подобающим образом.
См. "Падает ли электрон в металлической трубе" УФН, Сентябрь 1971, Т 105.

[AlexDem]

Возможно, Bob Whiteman имел в виду - как получается, что макроскопическое тело создаёт гравитацию, тогда как отдельная частица - "нет"?

На это есть возражения - вероятность, неопределённость, квантовые флуктуации и т.п., по моему мнению, имеют отношение лишь к измерению (то есть они возникают в процессе измерения). Сам же по себе квантовый мир строго детерминирован. Если бы это было не так, то описать поведение квантовой системы во времени было бы в принципе невозможно из-за таких случайных искажений - тем проблематичнее, чем дальше во времени мы пытались бы это сделать. Однако, это не так.

Поэтому состояние отдельной частицы в гильбертовом пространстве вполне может включать малую добавку гравитации, которая суммируется по частицам макроскопического тела. Когда мы измеряем состояние отдельной частицы, эта добавка тонет в квантовой неопределённости. Но если мы измерим состояние макроскопического тела, то этот вклад окажется не мал...

[Кравченко]

вероятность, неопределённость, квантовые флуктуации - все это к экспериментальному факту - "нет, не падает, движется по инерции" прямого отношения не имеет, поскольку регистрировался по большому счету как раз именно макрорезультат. Его можно трактовать как угодно, но сам факт модельно учитывать необходимо. Косвенное указание на такой результат эксперимента содержится еще в знаменитой формуле Эйнштейна - Е=мсс. Поскольку "с" - константа, то формула вполне однозначно отождествляет понятия массы и энергии. Из этой формулы следует тоже известный и экспериментально подтверждаемый факт - в отличие от электрона фотон на Землю "падает". Из структурной механики следует, что не только электрон, но и кварк также "нет, не падает, движется по инерции". "Весят" только связи. В общем-то, это старая экспериментальная истина, что "масса" электрона является функцией взаимодействия и может отличаться от своего "классического" значения в обе стороны даже не на проценты, а на порядки.
В гравитации шаманства много больше, чем кажется.

[AlexDem]

А "атом" позитрония падает? А два электрона? И разве с полями электрона не связана энергия (откуда тогда она черпается при аннигиляции)? Так что если энергия весит, то не совсем понятно, почему Вы отказываете в весе электрону...

[kirovs]

Кравченко писал(а):

...Из этой формулы следует тоже известный и экспериментально подтверждаемый факт - в отличие от электрона фотон на Землю "падает". Из структурной механики следует, что не только электрон, но и кварк также "нет, не падает, движется по инерции". "Весят" только связи. В общем-то, это старая экспериментальная истина, что "масса" электрона является функцией взаимодействия...

Странно наделять электрон инерцией и в то же время говорить, что он ничего не весит.Не думаю, что это позволит ПЭ...
В то же время, думаю, не только масса, но и сам электрон(что в принципе одно и то же) является функцией взаимодействия атома с пространством.Поэтому интересна длина свободного пробега электрона, как не имеющего, скорее всего, собственоой структуры, ну и, наверное время жизни в свободном состоянии..

[AlexDem]

kirovs писал(а):

Поэтому интересна длина свободного пробега электрона, как не имеющего, скорее всего, собственоой структуры, ну и, наверное время жизни в свободном состоянии..

Электрон.