Η θεωρία των χορδών αποκτά τον ανταγωνιστή της στην κβαντική βαρύτητα βρόχων

Από σελίδα του UniSci 31 Οκτωβρίου 2001

Η κβαντική βαρύτητα βρόχων (LQG), ανταγωνιστής της θεωρίας των χορδών στην αναζήτηση μιας θεωρίας η οποία να ενώνει την κβαντική μηχανική με τη Γενική Σχετικότητα, δεν πάσχει από κάποιους μαθηματικούς απειρισμούς. Έτσι τουλάχιστον ισχυρίζεται μια νέα μελέτη. Οι απειρισμοί αυτοί αντιστοιχούν στους πολυάριθμους εναλλακτικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί να πραγματοποιηθεί μια αλληλεπίδραση μεταξύ 2 σωματίων στον χωροχρόνο, με ανταλλαγή άλλων σωματίων φορέων της αλληλεπίδρασης.Αυτό το προτέρημα της θεωρίας αναιρεί μερικές αμφιβολίες ως προς τη χρησιμότητα της θεωρίας.

Τι είναι όμως LQG, και γιατί είναι τόσο δύσκολο να κβαντιστεί η βαρύτητα; Για να εξετάσουμε αυτήν την ερώτηση, ας επιστρέψουμε στην κλασσική φυσική, (προ του 1900), στην οποία ο χώρος ήταν καλά καθορισμένος και ασύνδετος με τον χρόνο.

Κατόπιν η σχετικότητα και η κβαντική επανάσταση άλλαξαν όλο το τοπίο της φυσικής. Με την εμφάνιση της γενικής σχετικότητας, ο χώρος συνδυάστηκε και ενσωματώθηκε με το χρόνο, σε ένα ενιαίο αλλά παραμορφώσιμο από την ύπαρξη ύλης και ενέργειας, χωροχρόνο. Εν τω μεταξύ, στην κβαντική μηχανική, ο χωροχρόνος παραμένει καθορισμένος και σταθερός αλλά η ύλη γίνεται τώρα ακαθόριστη, δηλαδή οι τροχιές των σωματίων μπορούν να εκφραστούν μόνο ως σύννεφα πιθανοτήτων.

Σε μια θεωρία που θα συνδύαζε τα χαρακτηριστικά της κβαντικής θεωρίας και της βαρύτητας, ο χωροχρόνος θα έπρεπε να είναι και παραμορφώσιμος και συγκεχυμένος, και αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί.

Στη θεωρία χορδών, η συγχώνευση επιτυγχάνεται με την υπόθεση ότι η ύλη αποτελείται τελικά από τις μικροσκοπικές χορδές. Τα διάφορα στοιχειώδη σωματίδια δεν είναι παρά διαφορετικές διεγέρσεις της χορδής.

Στη θεωρία βρόχων, η συγχώνευση προσπαθείται με την υπόθεση ότι ο ίδιος ο χώρος αποτελείται από κινητούς μικροσκοπικούς βρόχους. Ο Carlo Roveli (Του Kέντρου για τη θεωρητική φυσική,της Μασσαλίας, και του πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ) υποστηρίζει ότι η θεωρία βρόχων δεν είναι απαραίτητο να εισαγάγει πρόσθετα στοιχεία (πρόσθετες διαστάσεις και σωματίδια) που απαιτούνται από τη θεωρία χορδών.

Ο Rovelli υποστηρίζει ότι η θεωρία βρόχων προσφέρει σε γενικές γραμμές, περισσότερες ελέγξιμες προβλέψεις, όπως πχ η ιδέα των κβαντισμένων περιοχών επιφάνειας (Ο χώρος δηλαδή αποτελείται από διακριτές περιοχές κα υπάρχει μια ελάχιστη κλίμακα μεγέθους των περιοχών του χώρου). Γίνεται επίσης η πρόβλεψη ότι ο κβαντισμένος χωροχρόνος μπορεί να εκδηλωθεί από μια μικρή διαφορά στην ταχύτητα του φωτός για τα διαφορετικά χρώματα.

Η νέα έκδοση της βαρύτητας βρόχων που μελετάται από τον Rovelli και τους συναδέλφους του απεικονίζει τον χωροχρόνο ως αφρώδες μέσον. Τα σημεία στον χώρο αυξάνονται μερικές φορές και γίνονται φυσαλίδες. Οι φυσαλίδες αυτές δεν είναι μέσα στον χώρο, αλλά αποτελούν τον ίδιο το χώρο.

Οι επικριτές της θεωρίας λένε όμως ότι,οι απειρισμοί στην νέα θεωρία των βρόχων μπορεί να μην πηγάζουν από την ύπαρξη σωματιδίων μέσα σε σωματίδια (μια αναγκαστική περιπλοκή που εξετάζεται στην κβαντική θεωρία ηλεκτροδυναμικής του Richard Feynman) αλλά μάλλον, ανάλογα, από αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν μέσα σε βρόχους οι οποίοι βρίσκονται μέσα σε άλλους βρόχους κοκ.
(Βλέπε εργασία του Crane et Al, στο περιοδικό Physical Review Letters, 29 Οκτωβρίου 2001)