Квантовая гравитация: от вакуума к пространству-времени

от

Автор: Денис Аветисян

В статье исследуется возможность возникновения гравитации в рамках теории Акамы-Диаконова-Веттериха, связывая квантовые флуктуации вакуума с фундаментальными свойствами пространства-времени.

🧐

Купил акции по совету друга? А друг уже продал. Здесь мы учимся думать своей головой и читать отчётность, а не слушать советы.

Бесплатный телеграм-канал

Исследование роли постоянных Планка как компонентов метрики пространства-времени и связи фазовых переходов симметрии с переходом от квантовой теории поля к квантовой механике.

Традиционные представления о квантовой механике и классической физике сталкиваются с трудностями при объяснении гравитации на фундаментальном уровне. В данной работе, развивающей теорию Акамы-Диаконова-Веттериха под названием ‘Quantum and Classical mechanics vs QFT’, исследуется возможность возникновения гравитации из пре-геометрических квантовых полей, где постоянные Планка, \hbar и \hbar c, выступают в качестве элементов формирующейся метрики пространства-времени. Показано, что в рамках данной модели, нарушение симметрии может служить мостом между квантовой теорией поля и квантовой механикой, определяя безразмерность масс частиц. Возможно ли, таким образом, построить единую теорию, объединяющую квантовые и классические описания Вселенной, исходя из глубин квантового вакуума?

Зарождение Гравитации: Новый Взгляд на Структуру Вселенной

Традиционные модели гравитации, разработанные на протяжении последних столетий, сталкиваются с фундаментальными противоречиями при попытке объединить два столпа современной физики: квантовую механику и общую теорию относительности. Квантовая механика успешно описывает мир мельчайших частиц, в то время как общая теория относительности великолепно объясняет гравитацию как искривление пространства-времени, вызванное массой и энергией. Однако, при попытке объединить эти теории, возникают математические бесконечности и логические парадоксы, особенно при рассмотрении сингулярностей, таких как черные дыры или момент Большого взрыва. Эти несоответствия указывают на то, что наше понимание гравитации на самых фундаментальных уровнях неполно, и требуются новые подходы для создания последовательной теории, способной описать гравитацию в рамках квантового мира. Именно поиск такой теории и стимулирует развитие альтернативных моделей, таких как концепция гравитации как эмерджентного явления.

Теория Акамы-Диаконова-Веттериха (АДВ) представляет собой принципиально новый подход к пониманию гравитации, рассматривая её не как фундаментальную силу, а как эмерджентное явление. В отличие от традиционных моделей, где гравитация описывается как искривление пространства-времени, теория АДВ предполагает, что гравитация возникает из коллективного поведения неких базовых квантовых полей. R_{\mu\nu} - \frac{1}{2}g_{\mu\nu}R + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu\nu} — уравнения Эйнштейна, описывающие гравитацию в общей теории относительности, в рамках АДВ рассматриваются как приближение, возникающее на макроскопическом уровне. Это означает, что гравитация — не причина, а следствие более глубоких квантовых процессов, что потенциально позволяет разрешить противоречия между общей теорией относительности и квантовой механикой, а также открыть новые горизонты в понимании структуры Вселенной.

Предлагаемая теоретическая модель рассматривает гравитацию не как фундаментальную силу, а как проявление коллективного поведения лежащих в основе квантовых полей. Вместо того чтобы описывать гравитацию через искривление пространства-времени, как это делает общая теория относительности, данная концепция предполагает, что гравитационные взаимодействия возникают как макроскопический эффект из-за сложной взаимосвязи между микроскопическими квантовыми сущностями. Это позволяет надеяться на преодоление противоречий между общей теорией относительности и квантовой механикой, поскольку гравитация перестает быть фундаментальной силой, требующей квантования, и становится следствием уже квантовых процессов. R_{\mu\nu} - \frac{1}{2}g_{\mu\nu}R + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu\nu} — уравнение Эйнштейна, описывающее гравитацию в рамках общей теории относительности, может быть переосмыслено как приближение, справедливое при определенных условиях, а не как фундаментальное описание реальности. Подобный подход открывает новые возможности для построения единой теории, объединяющей все известные взаимодействия в природе.

Спонтанное Нарушение Симметрии и Квантовый Вакуум

Теория ADW основывается на концепции спонтанного нарушения симметрии в рамках “Фермионной Кристаллической Среды”, которая выступает моделью квантового вакуума. В данной модели, вакуум рассматривается не как пустое пространство, а как сложная структура, состоящая из взаимодействующих фермионов, организованных в кристаллическую решетку. Спонтанное нарушение симметрии возникает из-за неустойчивости этой решетки, приводящей к самопроизвольному выбору определенного состояния из множества симметричных решений. Этот процесс аналогичен фазовым переходам в физике конденсированного состояния, где система переходит из одного упорядоченного состояния в другое, нарушая первоначальную симметрию. В контексте ADW, нарушение симметрии является ключевым механизмом, порождающим фундаментальные строительные блоки пространства-времени.

Процесс спонтанного нарушения симметрии, аналогичный фазовым переходам в физике конденсированного состояния, приводит к возникновению так называемых тетрад — фундаментальных строительных блоков пространства-времени. В рамках теории ADW, нарушение симметрии в ‘Фермионной Кристаллической Среде’ (модели квантового вакуума) вызывает появление этих тетрад как коллективных степеней свободы, не присутствующих в исходной симметричной фазе. Эти тетрады описывают локальную структуру пространства-времени и являются основой для построения метрики, определяющей геометрические свойства пространства-времени на микроскопическом уровне. Возникновение тетрад представляет собой пример emergent-свойств, где макроскопические характеристики пространства-времени определяются свойствами квантового вакуума и механизмом нарушения симметрии.

Свойства образующихся тетрад, включая их связь с так называемыми ‘Эластическими Тетрадами’, напрямую определяются конкретным паттерном спонтанного нарушения симметрии в ‘Фермионной Кристаллической Среде’. В частности, характер этого нарушения симметрии диктует величину и ориентацию компонент тетрад, влияя на их тензорные свойства и, как следствие, на метрические характеристики формируемого пространства-времени. Различные паттерны нарушения симметрии приводят к различным типам тетрад, с отличающимися параметрами упругости и, следовательно, к различным физическим проявлениям, описываемым посредством T_{ijkl} тензора.

Предсказательная Сила: Константы и Перенормировка

В рамках фреймворка ADW, постоянная Планка (ℏ) рассматривается не как фундаментальная константа, а как параметр порядка, возникающий в процессе спонтанного нарушения симметрии. Согласно данной модели, значение постоянной Планка не предопределено изначально, а появляется как результат конкретной фазы перехода в прегеометрической фазе, когда устанавливается структура пространства-времени. Это означает, что её величина определяется условиями нарушения симметрии и, следовательно, может варьироваться в зависимости от космологических условий или других физических параметров, влияющих на этот процесс. В отличие от стандартного подхода, где ℏ считается неизменной величиной, фреймворк ADW предполагает, что она является производной характеристикой, определяемой динамикой системы.

В рамках данной работы показано, что постоянная Планка (ℏ) и скорость света (c) возникают как элементы метрики Минковского, формирующейся в процессе перехода к геометрическому пространству-времени. В пре-геометрической фазе, предшествующей возникновению пространственно-временной структуры, данные величины отсутствуют как фундаментальные параметры. Их появление связано с нарушением симметрии и последующим определением метрических свойств пространства-времени, что указывает на их производный характер и связь с фундаментальными процессами, формирующими геометрию.

В рамках предложенной ADW-модели, переосмысление постоянной Планка и скорости света как элементов возникающей метрики Минковского имеет значительные последствия для процедуры перенормировки в квантовой гравитации. Традиционные методы перенормировки сталкиваются с проблемой расходимостей, возникающих из-за бесконечных вкладов в вычислениях. Предлагаемый подход, основанный на возникающем пространстве-времени, потенциально позволяет обойти эти расходимости, рассматривая постоянные ℏ и c не как фундаментальные параметры, а как следствие нарушения симметрии в пре-геометрической фазе. Это позволяет пересмотреть процедуру перенормировки, основываясь на условиях нормировки волновой функции, таких как ∫d³r |Ψ|² = 1, и, следовательно, предложить альтернативный путь к конечному и физически осмысленному описанию квантовой гравитации.

В рамках предложенной ADW-модели, применение методов размерностного анализа и перенормировки позволяет вычислять физические величины, основываясь на концепции возникающего пространства-времени. Ключевым элементом данного подхода является связь между вычисляемыми величинами и условием нормировки волновой функции ∫d³r |Ψ|² = 1. Процедуры перенормировки, традиционно используемые для устранения расходимостей в квантовой теории поля, в данном контексте применяются к параметрам, определяющим структуру возникающего пространства-времени, что потенциально позволяет избежать проблем, связанных с сингулярностями в расчетах квантовой гравитации. Результаты вычислений, полученные с использованием этих методов, зависят от выбора масштаба и системы единиц, что требует аккуратного анализа размерностей и соответствующих процедур перенормировки.

Моделирование Пространства-Времени с Помощью Теории ADW

В рамках теории ADW, формализм ADM (Arnowitt-Deser-Misner) оказывается применимым для построения решений уравнений Эйнштейна, однако теперь эти решения рассматриваются не как фундаментальные, а как эмерджентные явления. Такой подход позволяет переосмыслить гравитацию, представляя её не как силу, действующую в пространстве-времени, а как свойство, возникающее из более фундаментальных степеней свободы. Вместо того, чтобы искать решения в пространстве-времени, описываемом метрическим тензором, теория ADW конструирует пространство-время из более простых строительных блоков, а уравнения Эйнштейна становятся следствием коллективного поведения этих блоков. Это приводит к возможности исследовать сингулярности и космологические константы с новой точки зрения, рассматривая их как артефакты нашего описания, а не как реальные физические объекты. \mathcal{L} = \sqrt{-g} (R - 2\Lambda) Такой подход открывает новые перспективы для понимания природы пространства-времени и гравитации.

В рамках теории ADW, действие Эйнштейна-Картана, включающее в себя понятие кручения, возникает естественным образом, что представляет собой значительный шаг в решении проблемы сингулярностей. Традиционная общая теория относительности сталкивается с трудностями при описании областей, где плотность и кривизна пространства-времени становятся бесконечными, например, в центре черных дыр или в момент Большого взрыва. Включение кручения, геометрической характеристики, связанной со спином материи, позволяет смягчить эти бесконечности и предложить более гладкое описание пространства-времени даже в экстремальных условиях. S = \in t d^4x \sqrt{-g} (R + \tau \cdot T), где R — скалярная кривизна, τ — тензор кручения, а T — тензор спина, демонстрирует, как спин материи влияет на геометрию пространства-времени, потенциально предотвращая образование сингулярностей и предлагая более полную и физически обоснованную картину Вселенной.

В рамках теории ADW, космологическая постоянная рассматривается не как фундаментальная константа, а как свойство, возникающее из самой структуры пространства-времени. Этот подход позволяет моделировать её как результат коллективного поведения фундаментальных степеней свободы, формирующих ткань пространства. Вместо введения произвольной энергии вакуума, Λ, для объяснения ускоренного расширения Вселенной, теория ADW предполагает, что наблюдаемый эффект темной энергии является проявлением геометрических свойств возникающего пространства-времени. Такое представление открывает возможности для переосмысления природы темной энергии и, возможно, для разработки новых моделей, способных объяснить её происхождение и эволюцию без необходимости введения экзотических форм материи или энергии.

За Пределами Стандартной Модели: Альтернативные Схемы

Схемы «ГУТ» и «Анти-ГУТ» представляют собой расширения теории ADW, предлагая альтернативные паттерны спонтанного нарушения симметрии и, как следствие, возникновение структуры пространства-времени. В отличие от стандартной модели, эти схемы исследуют различные пути генерации гравитации, предполагая, что гравитационное взаимодействие может быть не фундаментальным, а возникающим свойством более глубокой, скрытой структуры. Нарушение симметрии в этих схемах происходит по-разному, приводя к различным типам вакуумных состояний и, соответственно, к различным геометрическим свойствам пространства-времени. Исследование этих альтернативных сценариев позволяет рассмотреть возможность существования дополнительных измерений или новых полей, которые влияют на гравитационное взаимодействие и могут объяснить некоторые нерешенные вопросы современной физики, такие как темная энергия и темная материя.

Альтернативные схемы, такие как ‘GUT’ и ‘Anti-GUT’, предлагают различные пути возникновения гравитации, отклоняясь от стандартных представлений о ее происхождении. Вместо того, чтобы рассматривать гравитацию как фундаментальную силу, эти схемы предполагают, что она возникает как побочный продукт более глубоких процессов, связанных с симметрией и структурой пространства-времени. Исследования в рамках этих схем направлены на выявление механизмов, посредством которых взаимодействия на микроскопическом уровне могут привести к макроскопическому проявлению гравитации, что потенциально способно разрешить противоречия между общей теорией относительности и квантовой механикой. Понимание этих процессов может не только привести к более полной картине Вселенной, но и открыть новые возможности для управления гравитацией и использования ее потенциала.

Дальнейшие исследования предложенных схем, в сочетании с применением передовых вычислительных методов, способны раскрыть весь потенциал теории emergent gravity как жизнеспособного подхода к квантовой гравитации. Компьютерное моделирование, позволяющее исследовать сложные взаимодействия и нелинейные эффекты, является ключевым инструментом для проверки предсказаний этих схем и выявления новых физических явлений. Особое внимание уделяется разработке алгоритмов, способных обрабатывать огромные объемы данных и визуализировать многомерные пространства, что необходимо для понимания структуры возникающей гравитации. Такой подход позволит не только углубить теоретические знания, но и создать основу для будущих экспериментальных проверок, приближая науку к пониманию фундаментальной природы пространства-времени и гравитации на квантовом уровне.

Представленная работа демонстрирует, что концепция возникновения гравитации из более фундаментальных принципов, как в теории Акамы-Диаконова-Веттериха, требует переосмысления роли постоянных Планка. Эти константы, вероятно, выступают не просто параметрами, а компонентами самой структуры пространства-времени. Как заметил Альберт Эйнштейн: «Самое непостижимое — то, что все же постижимо». Это высказывание удивительно резонирует с исследованием, поскольку попытка вывести гравитацию из квантовой теории поля и квантовой механики, посредством анализа фазовых переходов и нарушения симметрии, представляет собой поиск постижимого в, казалось бы, непостижимом мире квантовой физики. Архитектура этой теории, глубоко укорененная в анализе размерностей и свойствах квантового вакуума, подтверждает, что понимание этих фундаментальных связей — ключ к долговечности и устойчивости любой физической модели.

Что дальше?

Представленные построения, исследующие возникновение гравитации в рамках теории Акамы-Диаконова-Веттериха, неизбежно наталкиваются на фундаментальный вопрос: насколько вообще уместно говорить о “возникновении” чего-либо? Скорее, речь идёт о постепенном раскрытии, о переходе от одного описания к другому, где константы Планка выступают не причиной, а симптомом более глубоких изменений в структуре вакуума. Устойчивость подобных построений, как и любой абстракции, всегда ограничена; груз прошлого, закодированный в начальных условиях, рано или поздно даст о себе знать.

Наиболее сложной задачей остаётся согласование фазовых переходов, связывающих квантовую теорию поля и квантовую механику, с наблюдаемой структурой пространства-времени. Попытки связать нарушение симметрии с изменением размерности, хоть и элегантны, требуют проверки на предмет устойчивости к малым возмущениям. Ведь даже самая прекрасная конструкция обречена на старение — вопрос лишь в том, насколько достойно она это сделает.

Вместо поиска окончательного решения, представляется более перспективным сосредоточиться на изучении медленных изменений, на анализе того, как возникают и эволюционируют отклонения от идеальной симметрии. Ведь только такие медленные изменения способны обеспечить устойчивость, а значит, и долговечность любой теоретической модели. Время — не метрика для измерения прогресса, а среда, в которой системы неизбежно стареют.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2602.21243.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2026-02-26 11:21