Петлевая квантовая гравитация представляет собой одну из теорий квантовой гравитации, базирующуюся на концепции о дискретном пространстве-времени. Она делает возможной космологическую гипотезу о пульсирующей Вселенной.
Суть теории петлевой квантовой гравитации
Согласно данной теории, время и пространство составляют дискретные квантовые ячейки, соединенные между собой определенным образом. Это способствует созданию ими дискретной структуры на незначительных временных масштабах (на больших – пространство времени становится непрерывным). Пространство, таким образом, считается состоящим из очень маленьких ячеек, которые плавно соединяются друг с другом.
В моменты образования такими связками узлов и сплетений начинают формироваться элементарные частицы. Ученым, благодаря петлевой квантовой гравитации, удалось выяснить факт исчезновения начальной сингулярности под действием квантовых эффектов.
Главными объектами петлевой квантовой теории становятся особые ячейки пространства, состояние и поведение которых контролирует существующее в них определенное поле. Величина такого поля превращается для этих ячеек в так называемое «внутреннее время». Другими словами, переход к сильному полю от более слабого предполагает существование некоего «прошлого», способного повлиять на определенное «будущее».
Таким образом, теория приравнивает пространство к атомам: числа, получаемые при определении объема, участвуют в формировании дискретного набора. Это позволяет объему изменяться отдельными порциями, что лишает пространство непрерывности и допускает идею о его существовании в форме неких квантовых единиц площади и объема.
Стандартная модель петлевой квантовой гравитации
В 2006 г. ученые (С.Б. Томпсон, Ф. Маркополу и Л. Смолин) в своей статье высказывают предположение: для любой теории квантовой гравитации (из класса петлевых, в которых пространство-время квантовано), возбужденные состояния пространства-времени могут выступать в роли преонов. Эти преоны способствуют возникновению стандартной модели (эмергентное свойство теории квантовой гравитации).
Томпсон, совместно с другими учеными, указывает на способность теории петлевой квантовой гравитации к воспроизведению Стандартной модели, автоматически объединяя все фундаментальные взаимодействия.
С помощью представленных в виде брэдов (переплетений волокнистого пространства-времени) преонов была построена успешная модель первого поколения фундаментальных кварков и лептонов (фермионов) с более точным воспроизведением их зарядов.
Томпсон предположил, что фундаментальные фермионы второго и третьего поколений можно представить в качестве более сложных брэдов. При этом фермионы первого поколения будут простейшими из возможных брэдов.
В квантовой физике принято считать, что цветовой и электрический заряды, а также четность частиц поколений более высокого ранга должны получаться способом, аналогичным для частиц первого поколения. Применение методов квантовых вычислений показало устойчивость подобных частиц и их способность не распадаться под воздействием квантовых флуктуаций:
$dn(v)=2\frac{2Ldv}{c}$, где:
- $c$ будет скоростью света,
- $L$ - длиной проводника,
- $dv$ - частотой.
Преонная модель петлевой квантовой гравитации
Согласно мнению других ученых (Л. Фрейдель, Дж. Ковальский), элементарные частицы можно представить линиями Вильсона гравитационного поля. Это подразумевает соответствие свойств частиц (массы, энергии и спинов) свойствам петель Вильсона (базовые объекты теории петлевой квантовой гравитации). Эта работа стала дополнительной теоретической поддержкой преонной модели Томпсона.
Благодаря формализму модели спиновой пены, имеющей непосредственное отношение к теории квантовой петлевой гравитации, становится возможным воспроизведение и некоторых других частиц Стандартной модели (таких как фотоны, гравитоны и глюоны), в независимости от схемы брэдов Томпсона в отношении фермионов.
Для фотонов часто используется обозначение:
$E=hν$, где:
- $h$ - это постоянная Планка;
- $ν$ - частота фотонов.
- $E$ энергия фотонов.
Большую проблему представляло построение с помощью этого формализма модели гелонов. В такой модели отсутствуют брэды, которые можно было бы задействовать для построения бозона Хиггса. Но она не отрицает возможности существования такого бозона в форме некоторой композитной системы.
Поскольку частицам с большими массами свойственна, в основном, более сложная внутренняя структура, то она предположительно имеет отношение к механизмам формирования массы. В модели Томпсона структура фотона с нулевой массой соответствует неперекрученным брэдам. Первоначально понятие «преон» применялось при обозначении точечных субчастиц в структуре фермионов с половинным спином (кварков и лептонов).
Задействование точечных частиц приводит к парадоксу массы. В модели Томпсона риббоны не представляют «классические» точечные структуры. Термин «преон» здесь выражает более широкий класс объектов, представляющих компоненты структуры лептонов, кварков и калибровочных бозонов.
В преонной модели Томпсона важным для понимания является то, что элементарные частицы (такие, как, например, электрон) описываются в терминах волновых функций. По этой причине существует вероятность с помощью формализма спиновой пены получить волновые функции, которые бы соответствовали элементарным частицам (электронам и фотонам).
Объединение теории элементарных частиц и петлевой квантовой гравитации в настоящее время представляет достаточно активную область исследований.
