Vyana Texnologiya Universiteti tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriQalaktika kimi böyük kütlələr məkan-zamanı əyriləşdirir. Obyektlər geodeziya boyunca hərəkət edir. Nəzərə alsaq ki, fəza-zamanın özünün kvant xassələri var, kənarlaşmalar yaranır (kesik xətt və bərk xətt). Kredit: Oliver Diekmann, Vyana Texnologiya Universiteti

Bu, fizikanın “Müqəddəs Grail” kimi bir şeydir: birləşdirici hissəciklər fizikası və cazibə. Kiçik hissəciklər dünyası kvant nəzəriyyəsi ilə çox yaxşı təsvir edilir, cazibə dünyası isə Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi tərəfindən tutulur. Ancaq ikisini birləşdirmək hələ nəticə vermədi – nəzəri fizikanın iki aparıcı nəzəriyyəsi hələ də bir-birinə tam uyğun gəlmir.

Belə bir birləşmə üçün bir çox fikir var – sim nəzəriyyəsi, döngə kvant cazibəsi, kanonik kvant cazibə qüvvəsi və ya asimptotik olaraq təhlükəsiz cazibə kimi adlarla. Onların hər birinin güclü və zəif tərəfləri var. Bununla belə, indiyə qədər çatışmayan şey, ölçülə bilən kəmiyyətlər üçün müşahidə edilə bilən proqnozlar və bu nəzəriyyələrdən hansının təbiəti daha yaxşı təsvir etdiyini ortaya çıxara bilən eksperimental məlumatlardır. TU Wien-dən Physical Review D -də dərc olunan yeni bir araşdırma bizi bu iddialı məqsədə kiçik bir addım daha yaxınlaşdıra bilər.

Zoluşka və kvant çəkisi

TU Wien-dəki Nəzəri Fizika İnstitutundan Benjamin Koch deyir: “Bu, bir az Zoluşka nağılına bənzəyir”. “Bir neçə namizəd var, lakin onlardan yalnız biri bizim axtardığımız şahzadə ola bilər. Yalnız şahzadə başmaqları tapdıqda əsl Zoluşkanı tanıya bilər. Kvant cazibəsində biz təəssüf ki, hələ belə bir başmaq tapmamışıq – hansı nəzəriyyənin doğru olduğunu aydın şəkildə göstərən müşahidə edilə bilən bir şey.”

Düzgün “ayaqqabı ölçüsünü” müəyyən etmək, başqa sözlə, müxtəlif nəzəriyyələri yoxlamaq üçün ölçülə bilən meyarları tapmaq üçün komanda geodeziya anlayışına daha yaxından nəzər saldı. “Ümumi nisbilik haqqında bildiyimiz praktiki olaraq hər şey geodeziyanın şərhinə əsaslanır” Koch izah edir.

“Geodeziya iki nöqtə arasındakı ən qısa əlaqədir – düz bir müstəvidə bu, sadəcə bir düz xəttdir, əyri səthlərdə isə hər şey daha mürəkkəbləşir.” Məsələn, kürənin səthində Şimal qütbündən Cənub qütbünə keçmək istəyirsinizsə, ən qısa yol yarımdairədir.

Nisbilik nəzəriyyəsində məkan və zaman ayrılmaz şəkildə bağlıdır. Birlikdə ulduzlar və ya planetlər kimi kütlələr tərəfindən əyilmiş dördölçülü kosmik vaxtı əmələ gətirirlər. Ümumi nisbi nəzəriyyəyə görə, Yer Günəş ətrafında fırlanır, çünki günəşin kütləsi məkanı və vaxtı əyir və bununla da Yerin təxminən dairəvi yola doğru hərəkət etdiyi geodeziyanı əyir.

Geodeziyanın kvant versiyası

Bu geodeziyaların gedişi sözdə metrik – kosmos-zamanın nə qədər güclü əyri olduğunun ölçüsü ilə müəyyən edilir. “Biz indi kvant fizikasının qaydalarını bu metrikaya tətbiq etməyə cəhd edə bilərik” deyir Koch. “Kvant fizikasında hissəciklərin nə dəqiq müəyyən edilmiş mövqeyi, nə də dəqiq müəyyən edilmiş impulsları var. Bunun əvəzinə, hər ikisi ehtimal paylamaları ilə təsvir olunur. Onlardan birini nə qədər dəqiq bilsəniz, digəri bir o qədər qeyri-səlis və qeyri-müəyyən olur.”

Kvant fizikasında hissəciklərin mövqelərinin və momentlərinin daha mürəkkəb riyazi obyektlə – kvantlaşdırılmış dalğa funksiyası ilə necə əvəz edildiyinə bənzər şəkildə, indi də ümumi nisbilik metrikini kvantlaşdırılmış versiya ilə əvəz etməyə cəhd etmək olar. Bu halda, məkan-zaman əyriliyi artıq hər nöqtədə dəqiq müəyyən edilmir; bu kəmiyyətin kvant-mexaniki qeyri-səlis versiyası ilə əvəz olunur.

Bu yanaşma böyük riyazi çətinliklərə gətirib çıxarır.

Lakin fəlsəfə doktoru ilə birlikdə. tələbə Ali Riahinia və Angel Rincón (Çexiya), Koch indi vacib bir xüsusi hal üçün – zamanla dəyişməyən sferik simmetrik cazibə sahəsi üçün metrikanı yeni bir şəkildə kvantlaşdırmağa müvəffəq oldu.

Belə bir sahə, məsələn, günəşin cazibəsini təsvir etmək üçün istifadə edilə bilər. “Sonra, kiçik bir obyektin bu cazibə sahəsində necə davrandığını hesablamaq istədik, lakin bu metrikanın kvant versiyasından istifadə edərək,” Koch deyir. “Bunu edərkən, biz başa düşdük ki, çox diqqətli olmaq lazımdır – məsələn, metrik operatoru onun gözlənilən dəyəri ilə, fəza-zaman əyriliyinin bir növ kvant ortalaması ilə əvəz etməyə icazə verilib-verilməməsi. Biz bu suala riyazi cavab verə bildik.”

Nəticə, klassik geodeziya anlayışına bənzətməklə, komandanın q-desik tənliyi adlandırdığı tənlik oldu. “Bu tənlik göstərir ki, kvant fəza vaxtında hissəciklər həmişə klassik geodeziya tənliyinin proqnozlaşdırdığı kimi, iki nöqtə arasında ən qısa yol boyunca hərəkət etmirlər.” Bu o deməkdir ki, kosmosda sərbəst hərəkət edən hissəciklərin trayektoriyalarını (məsələn, kosmosda Yerə doğru düşən alma) müşahidə etməklə metrikanın kvant xassələri haqqında nəticə çıxarmaq olar.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Ayaqqabı ölçüsü 10 ^-35 daha doğrusu 10 ⁺²¹ ?

Beləliklə, q-desikası ilə klassik geodeziya arasındakı fərqlər nə qədər böyükdür? Məlum əsas qüvvələrin ən zəifi olan yalnız adi cazibə qüvvəsini nəzərə alsaq, fərqin minimal olduğu ortaya çıxır. “Bu halda biz cəmi ^10-35 metrlik sapmalarla nəticələnirik – hər hansı bir təcrübədə müşahidə olunmayacaq qədər kiçikdir” deyir Koch.

Bununla belə, ümumi nisbilik başqa bir vacib kəmiyyəti – “qaranlıq enerji” kimi də tanınan kosmoloji sabiti ehtiva edir. Kainatın ən böyük miqyasda sürətlə genişlənməsindən məsuldur. Bu kosmoloji sabiti q-desik tənliyinə də daxil etmək olar. “Və bunu edəndə bizi sürpriz gözləyirdi” dedi Koch. “Q-dezikləri indi kvant fizikası olmadan adi şəkildə əldə edilən geodeziyadan əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.”

Maraqlıdır ki, həm çox kiçik məsafələrdə, həm də çox böyük məsafələrdə sapmalar var. Kiçik məsafələrdəki sapmalar, ehtimal ki, müşahidə olunmayacaq olsa da, ^10-21 metrə yaxın uzunluq şkalalarında əhəmiyyətli fərqlər ola bilər.

“Məsələn, Yerin Günəş ətrafındakı orbitinə gəldikdə, onlar arasında praktiki olaraq heç bir fərq yoxdur. Lakin çox böyük kosmoloji miqyaslarda – ümumi nisbiliyin əsas tapmacalarının həll edilməmiş qaldığı yerlərdə – q-desik tənliyi ilə proqnozlaşdırılan hissəciklərin trayektoriyaları ilə kvantlaşdırılmamış ümumi nisbilikdən əldə edilənlər arasında aydın fərq var”.

Müşahidə məlumatlarına yeni baxış

Əsər təkcə kvant nəzəriyyəsi ilə qravitasiyanı əlaqələndirmək üçün yeni riyazi yanaşma deyil, hər şeydən əvvəl nəzəriyyəni müşahidələrlə müqayisə etməyin yeni yollarını açır. Koch deyir: “Əvvəlcə mən böyük miqyasda kvant korreksiyalarının belə dramatik dəyişikliklərə səbəb olacağını gözləmirdim “.

“Əlbəttə, indi bunu daha ətraflı təhlil etməliyik, lakin bu, bizə ümid verir ki, bu yanaşmanı daha da inkişaf etdirməklə biz spiral qalaktikaların fırlanma sürətlərinin hələ də həll olunmamış tapmacası kimi mühüm kosmik hadisələr haqqında yeni və müşahidə baxımından yaxşı sınaqdan keçirilə bilən fikir əldə edə bilərik.”

Və ya Zoluşka hekayəsinə qayıtmaq üçün: nəhayət, kvant cazibəsinə uyğun və yanlış yanaşmaları ayırd etməyə imkan verən müşahidə edilə bilən bir şey müəyyən edə bilərik. Başmaq tapıldı – indi onun hansı nəzəriyyəyə həqiqətən uyğun olduğunu öyrənməliyik.

Daha çox məlumat: Benjamin Koch et al, Geodesics in quantum gravity, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/w1sd-v69d

Jurnal məlumatı: Physical Review D 

Vyana Texnologiya Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir