Воскресенье, 29.12.2019, 21:32
Приветствую Вас, Гость Нашей Планеты



09:02
Квантовая гравитация может приводить к еще одному наблюдаемому эффекту




В рамках квантовой гравитации негладкая микроскопическая структура пространства приводит к нарушению лоренц-инвариатности, из-за которого скорости фотонов и других частиц сверхвысокой энергии отличаются от обычной скорости света. Оказывается, это не единственный наблюдаемый эффект таких теорий.

Согласно новой теоретической статье в Physical Review Letters, дисперсия в вакууме обязана также приводить к эффективной «вязкости вакуума», которая тоже будет влиять на движение частиц. Отсутствие подобных эффектов в астрофизических данных позволяет наложить сильные ограничения на эту вязкость.
Астрофизическая проверка эффектов квантовой гравитации



Один из самых впечатляющих примеров единства фундаментальных физических исследований — это когда астрофизика, изучающая явления на космических масштабах, помогает узнать что-то новое про свойства микромира. Физики уверены, что новые эффекты в микромире есть, просто они становятся сильными на таких малых масштабах, которые недоступны современным ускорителям. А на доступных прямому измерению масштабах, то есть вплоть до 10−19 м, они слишком слабы и поэтому пока остаются неоткрытыми.

Однако есть два способа сделать эти эффекты более заметными: либо подождать очень долго — и тогда слабые эффекты накопятся за длительное время воздействия, — либо использовать частицы сверхвысоких энергий, для которых новые эффекты могут быть намного сильнее. И Вселенная дает нам обе эти возможности.

Вселенная заполнена фотонами, протонами и другими частицами самых разных энергий, в том числе и очень высоких, недоступных коллайдерам. Кроме того, эти частицы могут лететь сквозь космос очень долго, миллионы и миллиарды лет, пока не столкнутся с каким-то плотным веществом, например с Землей. Астрофизические эксперименты позволяют зарегистрировать такие частицы, измерить их энергии, потоки, направления прилета и в результате «прочитать» запасенную в них информацию. Сравнивая эту астрофизическую информацию с предсказаниями теорий, в которых постулируются те или иные новые свойства микромира, можно проверять теории и устанавливать ограничения на силу гипотетических эффектов. На «Элементах» были даже разобраны две задачи на эту тему: Время жизни фотона и Столкновение фотонов.

Одна из самых интригующих возможностей тут — это проверка того, как вообще устроено само пространство на микроскопических масштабах. Для подавляющего большинства явлений пространство — или пространство-время, если речь идет про релятивистские явления — можно считать просто однородным вместилищем для всех частиц и полей, которое своих динамических характеристик не имеет. При описании явлений сильной гравитации нужно от этой картины отойти; в общей теории относительности пространство-время уже обладает динамической сущностью, может искривляться, растягиваться, колебаться. В рамках квантовой теории можно даже оперировать с квантами колебаний пространства-времени — гравитонами, — по крайней мере, пока их энергии невелики. Но во всех этих случаях пространство-время, в локальном смысле, все равно считается чем-то гладким, бесструктурным.

Однако на сверхмалых расстояниях, сопоставимых с планковской длиной LПл ~ 10−35 м, эффекты квантовой гравитации становятся настолько сильными, что эти описания перестают работать. На этих масштабах правильнее уже описывать мир в каких-то новых переменных со своими особыми физическими законами; а обычное гладкое пространство-время получается лишь в результате усреднения этих новых микроскопических переменных по относительно большой области. Пока что неизвестно, как построить правильную — то есть математически непротиворечивую, предсказательную, и при этом согласующуюся с реальностью — теорию пространства-времени-гравитации на таком масштабе, хотя, конечно усилия тут предпринимаются огромные. Однако ясно, что такое описание пространства будет существенно отличаться от простого «вместилища» для частиц. А это значит, что при движении частиц в пространстве возникнут новые эффекты, которые ни классической механикой, ни теорией относительности не предсказываются.

Теоретическому поиску таких эффектов в разных моделях и их экспериментальной проверке посвящено множество работ. Стандартное направление деятельности — это предсказание эффектов нарушения лоренц-инвариантности, той симметричности пространства мира, на которую опирается вся экспериментально проверенная физика. Нарушение лоренц-инвариантности может привести к тому, что фотоны или другие частицы сверхвысоких энергий будут двигаться со скоростью, отличающейся от обычной скорости света. Более того, это отличие зависит от энергии частицы. Поэтому если в каком-то очень далеком космическом взрыве одновременно родились фотоны разной энергии, то они, пройдя миллиарды световых лет со слегка различающейся скоростью, попадут к нам в детектор в разные моменты времени. Это один из примеров того, как астрофизические наблюдения могут рассказать о свойствах микромира. Кстати, когда три года назад появилось сенсационное сообщение коллаборации OPERA про якобы сверхсветовое движение нейтрино, эта область деятельность испытала резкий, но, правда, кратковременный подъем.

«Вязкость вакуума»

В статье, вышедшей на днях в журнале Physical Review Letters, обсуждается еще один наблюдательный эффект, к которому может приводить нарушение лоренц-инвариантности, — диссипация при движении частиц высокой энергии. Подчеркнем отдельно: диссипация при движении сквозь вакуум!
Аргументация авторов начинается с напоминания известного эффекта классической электродинамики. Если свет движется сквозь какую-то среду с дисперсией (то есть коэффициент преломления зависит от частоты света), то эта среда обязана обладать диссипацией — приводить к постепенному затуханию движущегося в ней света. Эта связь очень жесткая; она не требует информации о каких-то свойствах самой среды, а опирается на самые фундаментальные законы, например на причинность физических явлений (среда не может начать реагировать на свет до того, как свет в нее попал). Математическая формулировка этого закона описывается соотношениями Крамерса—Кронига.

Нечто аналогичное может происходить и в теориях с нарушенной лоренц-инвариантностью, в которых гладкое пространство является не первичным, а побочным, усредненным явлением. Несмотря на то что мы еще не знаем, какова на самом деле квантовая природа гравитации и как именно новые микроскопические степени свободы складываются в гладкое пространство, мы можем строить такие теории по аналогии с известными моделями классической физики, надеясь, что эти аналоги гравитации ухватят некую суть реальной ситуации. Такие параллели между гравитацией и другими физическими системами — вещь довольно распространенная.


Гидродинамическая аналогия черной дыры и горизонта событий.

Если вода в пруду выливается через отверстие в дне с достаточно большой скоростью, то в воде будет существовать некоторая область, попав в которую головастик уже не сможет выбраться наружу. Рисунок из книги Л. Сасскинда«Битва при черной дыре»
Авторы статьи изучили, как при таком описательном подходе соотносятся друг с другом дисперсия и диссипация. Варианты получаются разные, но один из самых естественных — возникновение у вакуума некоторой вязкости. Эта вязкость может проявляться по-разному: частицы сверхвысокой энергии могут просто тормозиться при движении в вакууме, а могут вообще исчезать. Маленькое уточнение: так эти эффекты будут выглядеть в нашем, доступном физическим наблюдениям, мире. В полной же теории, в которой наряду с обычными частицами учитываются также и новые динамические степени свободы, никакого исчезновения энергии не происходит; обычная частица просто возбуждает недоступные наблюдению степени свободы.

Как и в случае отклонения скоростей от общепринятой скорости света, здесь предсказывается, что эффекты диссипации сильно заметны только для частиц недостижимо высокой энергии и сильно ослаблены для умеренно энергетичных частиц. Однако важно тут то, что это ослабление проявляется намного сильнее для дисперсии, чем для диссипации. При какой-нибудь умеренно большой энергии эффекты диссипации могут еще быть заметными, но дисперсия уже станет пренебрежимо малой. Поэтому открывается новая экспериментальная возможность — обнаружить нарушение лоренц-инвариантности не через непостоянство скорости частиц высокой энергии, как пытались до сих пор, а через обнаружение «вязкого трения вакуума».
Астрофизические наблюдения ни на какие подобные эффекты пока не указывают, ни в космических лучах сверхвысокой энергии, ни в спектре фотонов ТэВных энергий от далеких квазаров. Это позволяет наложить ограничение сверху на величину вязкости вакуума.

Традиционно все величины, относящиеся к квантовым эффектам гравитации, выражают в естественных планковских единицах​. Они ​строятся из фундаментальных физических констант: гравитационной постоянной G, скорости света c и постоянной Планка h или устоявшихся их комбинаций: планковской длины, планковского времени и т. п. Для кинематической вя​​зкости, которая измеряется в квадратных метрах на секунду, естественной ​планковской ​единицей ​является ​LПл·c.​​ ​Вычисления ​авторов показали, что по астрофизическим наблюдениям вязкость вакуума ​не может ​превышать примерно 10−30​​ ​от этой единицы, ​что более чем на 50 порядков меньше вязкости воздуха​.​

К сожалению, без конкретной квантовой теории гравитации это описательное ограничение нельзя просто так превратить в ограничение на физические свойства тех новых степеней свободы, из которых при усреднении складывается гладкое пространство. Но если какая-то теоретическая модель сможет сосчитать эту величину в рамках своих предположений, результаты данной статьи покажут, как эти предсказания связать с реальными наблюдениями.



Оцените материал:





ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ:

Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения. Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.


Категория: Гипотезы и прогнозы | Источник: http://vzglyadzagran.ru/news/kvantovaya-gravitaciya-mozhet-privodit-k-eshhe-odnomu-nablyudaemomu-effektu.html| Просмотров: 798 | Добавил: qwer| | Теги: эффекту, может, квантовая, наблюдаемому, одному, еще, приводить, гравитация | Рейтинг: 4.0/3

В КОММЕНТАРИЯХ НЕДОПУСТИМА КРИТИКА САЙТА,АДМИНИСТРАТОРОВ,МОДЕРАТОРОВ и ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ,КОТОРЫЕ ГОТОВЯТ ДЛЯ ВАС НОВОСТИ! УВАЖАЙТЕ ЧУЖОЙ ТРУД!
Всего комментариев: 1
0
1 Alex2025   (10.06.2014 12:03)
biggrin Нда … Модели, модели … Интеллектуальная гимнастика для профи. Впрочем, похоже, рассмотренные проблемы нынче запутаются еще больше. Не в смысле «запутанности частиц», а, в связи с самими частицами. Недавно было экспериментально показано, что фотоны и не волны и не частицы, а «тени» чего-то третьего.
http://www.newscientist.com/article....ns.html
Что заставляет вспомнить один из постулатов струной (М) теории – свет есть рябь на поверхности мембраны 5-го измерения. Похоже, что без учета многомерности нашего Мира многие проблемы не могут быть решены. В науке в частности.
https://www.youtube.com/watch?v=5Nd__T1jlT8

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

По этой теме смотрите:



ВСЕ НОВОСТИ:
Астрология, пророчества [1066]Астрономия и космос [1457]Безумный мир [2063]
Войны и конфликты [2310]Гипотезы и версии [3874]Дом,сад,кулинария [3946]
Животные и растения [2669]Здоровье,психология [4749]История и археология [4652]
Мир вокруг нас [2167]Мировые новости [7583]Наука и технологии [890]
Непознанное [4196]НЛО,уфология [1263]Общество [7796]
Прогнозы ученых,исследования [798]Происшествия,чп,аварии [1302]Российские новости [5860]
Стихия,экология,климат [2739]Феномены и аномалии [945]Фильмы и видео [6336]
Частное мнение [4913]Это интересно! [3311]Юмор,афоризмы,притчи [2394]



АРХИВ САЙТА:
Астрология и пророчества [760]Гипотезы и прогнозы [4313]Дом,сад,кулинария [32]
Животные и растения [2623]Здоровье и красота [5378]Интересности и юмор [3600]
История и археология [3517]Космос, астрономия [1784]Мир вокруг нас [1778]
Наука и технологии [1972]Непознанное [3422]НЛО,уфология [1732]
Общество, в мире, новости [7666]Психология и отношения [20]Стихия, климат, экология [34]
Фильмы и видео [52]Частное мнения [25]Эзотерика и феномены [1967]
-->