¿Por qué hay una necesidad de unificar la mecánica cuántica y la relatividad general y lo que se entiende por tal la unificación?

Question

Si la relatividad general (GR) describe la gravedad como una fuerza ficticia, entonces no debe ser fácil para cuantizar la gravedad en el sentido de que el espacio-tiempo de la distorsión de un cuerpo cambia de valores discretos como una partícula (por ejemplo, un electrón) es emitida o absorbida por el mismo cuerpo? Analógica de campos cuánticos dar lugar a las partículas elementales y de las partículas y cuerpos de partículas distorsionar la analógica specetime discretamente. ¿Qué es la teoría o experimentalmente inconsistente en esa foto? O si la existencia de los gravitones se descubre que eso significa GR está mal en la descripción de la gravedad y que la gravedad es una fuerza real?

Podemos decir que algunas de las preguntas que la unificación de la relatividad general y la mecánica cuántica puede contestar si la interacción gravitatoria entre el espacio-tiempo y la materia y la energía pasa de alguna manera directa o a través de una gravedad cuántica de campo o de otro desconocido campo(s) por medio de la real y/o virtual de las partículas de ese campo? También, podemos decir que si el espacio-tiempo en sí mismo es también de alguna manera cuantificada o no?

Answer 1

Para explicar el problema correctamente tenemos que pensar no en términos de "mecánica cuántica" (por el cual usted probablemente significa una cuantización de la mecánica de Newton), sino más bien la teoría cuántica de campos (la cuantización de un Lorentz invariante en el campo de la teoría). La diferencia clave es que QM considera el estado de un pequeño número fijo de partículas, mientras que en QFT cada una de las especies de la partícula está asociado con un "campo" de forma análoga a un QM función de onda, de modo que el campo del estado puede dejar incluso el número de partículas difusas como QM crea incertidumbre respecto a una posición de la partícula. Por ejemplo, el campo de Higgs $\hat{\phi}(x)$, que cuantiza un hipotético "clásica" escalar campo $\phi (x)$, está asociado con el bosón de Higgs, y, en principio, usted podría considerar la posibilidad de una mecánica cuántica modelo en el que un bosón de Higgs de la función de onda es $\phi (x)$.

Del mismo modo, el campo electromagnético $A_\mu$ es promovido a $\hat{A}_\mu$, mientras que la relatividad general del tensor métrico $g_{\mu\nu}$ hace $\hat{g}_{\mu\nu}$. No es muy difícil escribir un QFT en una curva el espacio-tiempo no cuantificada $g_{\mu\nu}$, incluso si es diferente de la de espacio de Minkowski (aunque dependiendo del espacio-tiempo considerado todo tipo de cosas pueden salir mal, como un vacío de ser indefinido o que carecen de la espera simetrías espacio-tiempo). Pero cuando nos digitalizar el tensor métrico nos enfrentamos a dificultades adicionales. Voy a dar sólo un par de detalles con algún material de lectura:

1. Teoría General de la relatividad de alta energía, entropía y energía de la relación es una ley de potencia, como se espera de una teoría cuántica de campos, pero el exponente está mal. Este documento da una explicación más completa, incluyendo el hallazgo de que, en el anti de Sitter del espacio, hay una suerte de cambio en el poder de la ley que ha motivado una gran cantidad de cadena de la teoría de la investigación.
2. El hecho de que $G$ tiene una negativa de masa dimensión representa la no-renormalizability de la gravedad cuántica, por lo que a altas energías necesitamos más y más libre de parámetros para predecir cualquier cosa (aunque algunas teorías, como la teoría de cuerdas y loop quantum gravity, tiene algunas muy complicadas maneras de evitarlo). Sin embargo, como este artículo se explica, las mismas técnicas que considerar la cuantificación de otras interacciones en la naturaleza se encuentran en algún grado de éxito de la gravedad.

Answer 2

¿Por qué hay una necesidad de unificar la mecánica Cuántica y la Relatividad General y lo que se entiende por tal la unificación?

Uno podría haber pedido una pregunta similar de Maxwell: existe la necesidad de unificar la electricidad y el magnetismo? La necesidad era intelectual, para obtener un modelo matemático que describe existentes a las observaciones de los eléctricos y los efectos magnéticos y ser predictivo de las nuevas situaciones y/o sistemas. Y mira donde la satisfacción de esta necesidad nos tiene.

Los físicos, que apareció como una disciplina diferente de las matemáticas y la filosofía, desde la aparición de Newton en la escena, han estado trabajando activamente en los modelos teóricos de la unificación.

La física ha desarrollado diferentes modelos matemáticos para diferentes rangos de las variables de espacio y tiempo. Estos diferentes modelos de meld y emergen en los límites donde ambos marcos de aplicar: la mecánica clásica surge de la mecánica cuántica. Clásica del electromagnetismo surge de la electrodinámica cuántica. Esto sucede a la perfección.

La relatividad General se reduce a la gravitación Newtoniana en espacios planos . La relatividad especial se reduce a la mecánica clásica no relativista de la fase de espacios.

Con el establecimiento de un modelo estándar de la física de partículas , el camino de la unificación de tres de las conocidas fuerzas fundamentales a través de INTESTINO teoría está bien pisado. Realmente es impresionante lo débil y electromagnética teorías se han unificado en el nivel cuántico y no hay evidencia real para la unificación de la fuerza de los otros dos.

En la actualidad la física se supone que el nivel subyacente de la naturaleza es la mecánica cuántica, y esta suposición obras. La dificultad surge con la Relatividad General, que funciona con las mismas coordenadas en el que la mecánica cuántica eficaz campo de las teorías se construyen. La necesidad de la cuantización de la gravedad rigurosamente surge cuando los modelos cosmológicos son construidas y las variables que se extendía a sus límites.

En la actualidad la forma habitual de construcción de las teorías cuánticas del campo da sólo efectivo de la cuantización de la gravedad, se utiliza en cosmologial modelos con buena resuls. Las matemáticas a pesar de que tiene infinitos que no puede ser quitado o normaliza. La búsqueda de una cuantización que es rigurosa. Cadena de teorías ofrecen la posibilidad de incorporar el modelo estándar de la física de partículas y la cuantización de la gravedad, pero todavía están en una etapa de investigación.

Podemos decir, entonces, que algunas de las preguntas que la unificación de la relatividad General y la mecánica Cuántica puede contestar si la interacción gravitatoria entre el espacio-tiempo y la materia y la energía pasa de alguna manera directa o a través de una gravedad cuántica de campo o de otro desconocido campo(s) por medio de la real y/o virtual de las partículas de la materia. También si el espacio-tiempo en sí mismo es también de alguna manera cuantificada o no?

En efectivo campo de las teorías de la forma estándar de la construcción de un modelo se utiliza, tener un gravitón el intercambio, el gravitón la construcción de la clásica de las ondas gravitacionales de la relatividad general. Estos no pueden ser unificada con la existente en SU(3)xSU(2)xU(1) la actual teoría de la partícula en una forma elegante.

Como se señaló anteriormente, la investigación en la cadena de teorías ofrece un camino para integrar el modelo estándar , sus partículas elementales, siendo las vibraciones de un básico de unir , de una cadena. Las diferentes partículas son vibraciones en esta cadena y tienen el grupo de simetrías del modelo estándar, y además un spin dos gravitón existe como un nivel vibracional para el modelo de la cuantización de la gravedad. La investigación en el futuro mostrará si este es un buen camino para la unificación de las cuatro fuerzas conocidas en mecánica cuántica marco subyacente.

Answer 3

Me gustaría tratar de dar una respuesta en forma simplificada. Es necesario unificar la Mecánica Cuántica y la Relatividad General con el fin de formular una Teoría del Todo. Tal teoría se combinan en todas las cuatro fuerzas fundamentales - 1.) Nuclear Débil, 2.) Nuclear Fuerte, 3.) Electromagnetismo, 4.) La gravedad en una sola fuerza. La Relatividad General y la Mecánica Cuántica son los dos polos de las ramas de la Física Moderna. La Mecánica cuántica trata con la pequeña escala de los objetos como los electrones, protones, átomos, etc. mientras que la Relatividad General se ocupa de los grandes de la escala de los objetos como galaxias, cúmulos, estrellas, etc. La combinación de estas dos teorías producirá nos Relativista, la Teoría Cuántica de la Gravedad, que puede o no puede estar relacionado con la existencia de los Gravitones. Si gravitones se ha comprobado que existe no tiene nada que ver con la falsificación de la Relatividad General. Puesto que, entonces, nos han formulado una teoría de la gravedad de la mecánica cuántica, que explica la gravedad para la pequeña escala de los objetos, pero no cuando se aplica en gran escala de los objetos, igual que la Relatividad General falla cuando se aplica en pequeña escala de los objetos.

Por lo tanto, la combinación de la teoría General de la Relatividad y la Física Cuántica, producirá un Relativista, la Teoría Cuántica de la Gravedad, la cual incluirá Cuántica, así como los efectos Relativistas para explicar la naturaleza de la Gravedad en el medio de la escala de los objetos. Necesitamos una teoría con el fin de conseguir la Teoría del Todo (T. O. E) como se indicó anteriormente, pero esta teoría también nos ayudará a estudiar las Singularidades. Ya que en una Singularidad, la densidad de un cuerpo es tan tremendo que los Efectos Cuánticos no pueden ser ignoradas, mientras que la fuerza gravitacional es tan fuerte que la Relatividad General no puede ser ignorada. Por lo tanto, un combinado Relativista de la Teoría Cuántica de la Gravedad nos ayudaría a estudiar el corazón de los Agujeros Negros o el Big Bang de la singularidad.

Ha habido muchos intentos exitosos para cuantizar las tres fuerzas fundamentales y luego combinarlas en una Gran Teoría Unificada, la única fuerza que se queda fuera es la Gravedad.

Razones para la dificultad para Cuantizar la Gravedad :-

1.) Cuantización de la gravedad está parcialmente relacionado con el fondo de la independencia de la Relatividad General. Si tratamos de cuantización de la Relatividad General siempre nos acaban de obtener la información dependiente. Hay algunas teorías en las cuales fondo independiente de la cuantización de los procedimientos de seguimiento, por ejemplo. Loop Quantum Gravity, pero es imposible demostrar la existencia de tales procedimientos experimentalmente.

2.) Es difícil establecer un natural de la unificación de la gravedad y del Modelo Estándar. Es sobre todo un problema de la obtención de un complejo de gravedad + medidor de Lagrange a partir de simple modelo geométrico.

Conclusión

Por lo tanto, a la conclusión de que vamos a acercarnos más y más en la obtención de una precisa Relativista de la Teoría Cuántica de la Gravedad a través del tiempo. Es difícil obtener una Teoría Cuántica de la Gravedad, debido a que es difícil de formular un fondo independiente, es decir, independiente de cualquier campo de fondo (como el Electromagnetismo es dependiente en el fondo de Minkowski del espacio-tiempo, pero la Relatividad General es consistente en el espacio-tiempo) de la teoría e incluso si tales teorías se formulan sólo son matemáticamente cierto, pero nunca se verificó experimentalmente.

Answer 4

Desde que el mundo físico que nos presenta es una unidad en la que esperamos una sola teoría para explicar, por tanto, una situación en la que tenemos dos teorías, la teoría de la relatividad general y la mecánica cuántica, no es lo ideal, aunque es cierto que abarcan muy diferentes escalas.

En segundo lugar, ya tenemos los éxitos parciales en la unificación de ambas teorías, por ejemplo QFT es el resultado de la unificación de la relatividad especial de einstein con la mecánica cuántica y las teorías son la base de la ingedients que van en la construcción del modelo estándar.

Además, también existe la semi-clásica resultado de la Bekenstein-Hawking radiación que se utiliza como guía para la unificación, por ejemplo Lazo de la Gravedad Cuántica y la Teoría de cuerdas tiene propuestas para explicar esto a través de microstates de algún tipo.

En realidad, LQG quantises el espacio-tiempo a través de área y volumen de los operadores que son discretas con valores, y este concepto es tomado como punto de partida para la causal de teoría de conjuntos que prescinde de toda cuantificación procedimiento y los intentos de construir una teoría tomando la estructura discreta como un dado.