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¿Podría la gravedad ser una propiedad emergente de la naturaleza?

Lo siento si esta pregunta es ingenua. Es sólo una curiosidad que tengo.

¿Hay razones teóricas o experimentales por las que la gravedad no debería ser una propiedad emergente de la naturaleza?

Supongamos que modelo estándar visión del mundo en lo más pequeño. ¿Es posible que la gravedad sólo se aplique a sistemas con una escala lo suficientemente grande como para abarcar un gran número de partículas como una propiedad emergente?

Después de todo: el modelo estándar funciona muy bien sin la gravedad; la relatividad general (y la gravedad en general) sólo se ha medido a distancias en la escala milimétrica.

¿Cómo podría emerger la gravedad? Por ejemplo, podría ser que el espacio-tiempo sólo se curvara por sistemas que tengan propiedades medibles, o sólo se curvara por valores medios. En otras palabras, que el tensor de energía de estrés tiene una escala mínima en la que varía.


Edita para explicar un poco mejor lo que estoy pensando.

  1. No tendríamos una gravedad cuántica adecuada como tal. Es decir, no hay una teoría unificada que contenga QM y GR al mismo tiempo.
  2. Podríamos tener una "pequeña" (posiblemente semi-clásica) teoría del pegamento que sólo necesita explicar cómo se cruzan las dos teorías:
    • las condiciones y el mecanismo de reducción de los paquetes de ondas (o los otros fenómenos correspondientes en otras interpretaciones del QM, como la ramificación del universo o la decoherencia o lo que sea)
    • cómo se correlaciona esto con la curvatura - cómo los fenómenos GM surgen en este punto de transición.

¿Existen razones teóricas o experimentales por las que tal razonamiento es fundamentalmente incorrecto?

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d4nt Puntos 4486

A pesar de todo lo que escribí en mi otra respuesta, hay un intento muy interesante por parte de Xiao-Gang Wen de crear modelos emergentes de la gravedad a partir de modelos de redes cuánticas sin gravedad, y sólo con interacciones con los vecinos más cercanos. Su trabajo se puede encontrar en gr-qc/0606100 y arXiv:0907.1203 . Se las arregló para mostrar que las cuasipartículas sin brecha de energía y una helicidad de $ \pm 2$ puede emerger sin que se acompañe de helicidad $ \pm 1$ o $0$ cuasipartículas. Que este modelo pueda o no ser considerado un modelo de gravedad es otra cuestión.

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Marc Puntos 230

No soy un experto en gravedad, sin embargo, esto es lo que sé.

Hay una hipótesis acerca de que la gravedad es una propiedad entrópica . El artículo de Verlinde está disponible en arXiv . Dicho esto, me sorprendería que esto fuera cierto. La razón es simple. Como probablemente saben, la entropía es una propiedad emergente de la probabilidad estadística. Si tienes partículas adimensionales no interactivas en una mitad de la caja, con la otra mitad vacía y separada por una válvula, es la probabilidad, por lo tanto la entropía, la que impulsa la transformación. Si lo miras desde el punto de vista energético, la energía es exactamente la misma antes y después de la transformación. Esto funciona bien para la distribución estadística, pero cuando tienes que explicar por qué las cosas se atraen entre sí estadísticamente, es mucho más difícil. Desde el punto de vista probabilístico, sería lo contrario: cuanto más grados de libertad tienen tus partículas, más entropía tienen. Un cúmulo tiene menos grados de libertad, por lo tanto tiene menos entropía, lo que significa que, en un sistema cerrado, la existencia de la gravedad es desconcertante. Esto está fuera de mi especulación, y creo que estoy equivocado. Parece que es un placer leer el periódico, pero no he tenido la oportunidad de leerlo.

7voto

d4nt Puntos 4486

Puede que quieras buscar el Teorema de Weinberg-Witten lo que demuestra que eso no es posible dadas ciertas suposiciones. Si el modelo original del que se supone que surge la gravedad cuántica es una teoría ordinaria del campo cuántico covariante de Poincaré sobre el espacio plano no dinámico de Minkowski, mostraron que no es posible que la helicidad sin masa $ \pm 2$ partículas para emerger. Como la teoría de la gravedad cuántica debería contener gravitones, esto parece descartar tales modelos. Por supuesto, estas suposiciones son cuestionables. Por ejemplo, la teoría de la que surge la gravedad podría no ser una teoría de campo cuántico. Este es el caso de la teoría de las supercuerdas.

Otra posibilidad podría ser que el modelo "fundamental" no sea la covariante de Lorentz. Sin embargo, todavía necesitamos que la teoría de baja energía efectiva sea aproximadamente la covariante de Lorentz. En los típicos modelos analógicos de materia condensada, diferentes cuasipartículas se acoplan a diferentes métricas, y no hay universalidad en los acoplamientos gravitacionales, o en la velocidad de la luz. A menos que todas las cuasipartículas emerjan juntas, no veo ninguna manera de evitar este problema.

Podría ser un poco difícil llegar al teorema de la energía positiva en una teoría emergente de la gravedad. El teorema de la energía positiva establece que la energía ADM de un espacio tiempo asintóticamente plano siempre tiene que ser no negativa. En una teoría emergente, la energía ADM podría ser fácilmente negativa en algunos estados. Para ver esto, noten primero que la energía ADM puede definirse localmente como el límite cuando vamos a la infinidad espacial de una integral localmente definida sobre una superficie espacial cerrada con una dimensión espacial y otra temporal. Si asumimos que la teoría "fundamental" es local, esto significa que el ahora emergente flujo ADM también tiene que ser definido localmente en términos de los campos más fundamentales. A medida que el límite envolvente se hace más y más grande, su curvatura extrínseca se acerca cada vez más a cero. Si tenemos un flujo ADM positivo que pasa a través de un plano - como se define con respecto a una elección de orientación vectorial normal - una reflexión del plano nos dará otro estado en el que este flujo ADM es ahora negativo. Por lo tanto, podemos imaginarnos realizar algún tipo de reflexión aproximada sobre el submanifold de cierre sobre una base de parches locales, al menos para las regiones en o alrededor de la superficie de cierre. Entonces necesitamos encontrar una interpolación del estado resultante en el interior, que por supuesto, podría no parecerse en absoluto a un reflejo. Pero si la teoría fundamental también satisface la independencia local, eso debería ser posible. Pero el resultado final de toda esta construcción es un estado con energía emergente negativa ADM. Sé que este argumento es muy ondulante y poco riguroso, pero suena plausible. Pero podría haber algunas lagunas. Por ejemplo, la teoría fundamental podría ser local, pero las excitaciones emergentes a gran escala - y por lo tanto el espacio tiempo emergente - podrían ser deslocalizadas con respecto al fondo del espacio tiempo subyacente. O la teoría fundamental subyacente podría ser inherentemente no local.

3voto

Coincoin Puntos 12823

¿No se cree que la respuesta a la pregunta del título es "sí"?

Si crees que buscar lo que los teóricos de la alta energía llaman una "teoría del todo" es una empresa valiosa y que vale la pena, entonces probablemente también creas que la gravedad tal y como la entendemos actualmente (Relatividad general, digamos) "emerge" de alguna teoría más profunda (en el sentido de la teoría del campo efectivo) que lo unifica con todas las demás fuerzas fundamentales conocidas .

Por supuesto, nadie sabe aún con seguridad cuál es esa teoría, pero me han dicho ciertos sabores de la teoría de las cuerdas son los candidatos más viables a partir de 2010. Puedes encontrar algunas indicaciones de cómo la gravedad emerge de la teoría de las cuerdas en las primeras frases de esta respuesta de Eric Zaslow .

Tal vez Eric Zaslow o algún otro experto pueda dar más detalles a nivel de decir, por ejemplo, cómo las ecuaciones de Einstein surgen de la teoría de las cuerdas (yo haría esto como una pregunta en este sitio, excepto que sé que podría encontrar la respuesta en cualquier libro sobre la teoría de las cuerdas si me importara lo suficiente como para mirar). Me dicen que tiene algo que ver con las ecuaciones de grupo de renormalización de la teoría del campo conformado en la hoja del mundo, pero me temo que no puedo reproducir o explicar más ese argumento para usted aquí.

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