Fyzika už dlouho skřípe ve švech kvůli nesmiřitelným povahám Einsteinovy obecné relativity a kvantové mechaniky. Oba koncepty jsou skvělé, ve svých říších šlapou jako hodinky, ale zarytě odolávají vzájemnému sblížení. Pokusů překonat jejich antipatii se již odehrála celá řada, v podstatě bez výsledku. Je to už nesnesitelné, takže fyzici přicházejí s radikálními hypotézami.
Jonathan Oppenheim z britské University College London (UCL) a jeho spolupracovníci před časem navrhli nepochybně radikální teorii, která smiřuje Einsteina s kvantovou mechanikou jinak, než je obvyklé. Fyzici se totiž doposud obvykle snažili „zpacifikovat“ obecnou relativitu, kvantifikovat ji, aby se srovnala s kvantovou mechanikou. Jinými slovy, vytvářejí různé teorie kvantové gravitace.
Oppenheim a spol. na to jdou z opačného konce. Časoprostor prohlásili za klasický, tedy, že je podle nich „v pořádku“ a není ovládaný kvantovou mechanikou. Namísto modifikací časoprostoru modifikovali kvantovou teorii a vznikla postkvantová teorie klasické gravitace.
Vyplývá z ní mimo jiné, že časoprostor podléhá náhodným a dramatickým fluktuacím, které jsou větší, než s jakými počítá kvantová mechanika. Díky těmto fluktuacím by se měla při dostatečně, tj. velice přesném měření nepatrně měnit zdánlivá hmotnost objektů.
Taková předpověď je dost jednoznačná na to, aby mohla být otestována experimentem. Výsledek tohoto experimentu anebo jiný důkaz, který by potvrdil kvantovou či naopak klasickou povahu časoprostoru, by měl rozhodnout sázku mezi Oppenheimem a předními zastánci kvantové teorie gravitace, které zastupuje Carlo Rovelli za kvantovou smyčkovou gravitaci a Geoff Penington za struny.
Oppenheimův kolega Sougato Bose se domnívá, že testování povahy časoprostoru dá sice zabrat, ale v podstatě je v našich možnostech. Odpověď bychom podle něj mohli mít do 20 let. Význam takového úsilí je každopádně mimořádný. Přiblíží nás k pochopení základů celé fyziky.
Koncept navrhovaného experimentu je v podstatě jednoduchý. Stačí určit, jestli je hmotnost měřeného objektu konstantní. Je to ale zrádné, protože jde o měření hmotnosti s extrémní přesností. V tomto experimentu se bude hrát o duši kvantové mechaniky. Pokud se totiž ukáže, že platí postkvantová gravitace, neutralizovalo by to třeba problém s kvantovým měřením nebo informační paradox černých děr. Postkvantová gravitace totiž nemá problém se zničením informace v černé díře. Uspěje tam, kde jiné teorie selhaly?
Video: A Bet Against Quantum Gravity
Video: QIQT23 | Jonathan Oppenheim
Literatura
Einstein uspěl v doposud nejpřísnějším testu s volným pádem
Autor: Stanislav Mihulka (15.09.2022)
Kvantový simulátor sbližuje obecnou relativitu s říší kvant
Autor: Stanislav Mihulka (18.05.2023)
Diskuze:
Hehehe
Many More,2023-12-06 23:17:44
Tož, hoši, vpřed! Ani já nemám problém se zničením informace (nejen) v černé díře :-)
Viktor L.,2023-12-06 16:02:14
Oppenhiemův článek je opravdu zajímavý a doporučuji si ho na arxiv.org přečíst. V souvislosti s tématem mi připadá i asi dva dny starý preprint R. D. Kerra (ano, _toho_ Kerra) Do Black Holes have Singularities? https://arxiv.org/abs/2312.00841, kde se staví naprosto odmítavě proti Hawkingovi, Penrosemu a v podstatě proti celé fyzikální obci a tvrdí, že v černých dírách žádné singularity nejsou. Respektive že všechna tvrzení, kteerá tvrdí opak, jsou konceptuálně chybná a/nebo používají od základů chybnou matematiku.
Re:
Marcel Brokát,2023-12-07 15:05:31
Tady myslím, že se nejedná o nic nového, tedy pokud se nemýlím. Singularita, asi hovoříme o gravitační singularitě, odporuje tuším, jsem někde na nějaké fyzikální přednášce zaznamenal, nějakému principu kvantové fyziky, jelikož by se jednalo o rozměry menší než Planckova délka, což něčemu zásadnímu odporuje...? ... Tak nějak to bylo....
Re: Re:
Viktor L.,2023-12-07 16:57:02
Gravitace se neřídí kvantovou mechanikou, ta se řídí obecnou teorií relativity a ta žádné neurčitosti nezná. Gravitace je klasická teorie a k singularitám vede. Respektive Kerr tvrdí, že si to až dosud všichni mysleli a považovali za jisté, ale že to tak není a že ani klasický popis gravitace k singularitám uvnitř černých děr nevede. Kdyby to tak bylo, mělo by to silný dopad na teorii, protože pokud nejsou singularity, odpadají věcné argumenty, proč hledat teorii všeho - obecná relativita pak nemá žádné vnitřní rozpory a lze ji považovat za konečnou a úplnou teorii. Kvantové mechanice by pak přislušely ostatní síly a důvody, proč hledat sjednocenou teorii by zůstaly v oblasti filosofie a metafyziky.
Re: Re: Re:
Martin Novák2,2023-12-07 20:10:17
Jakpak by ta singularita mohla vzniknout když ještě před jejím vznikem je zpomalení času nekonečné. Je jedno jestli je to mikrosekundu nebo nanosekundu před vznikem singularity, oboje vydrží déle než se černá díra vypaří :-)
Zcela podle obecné teorie relativity
Re: Re: Re: Re:
Jirka Naxera,2023-12-11 14:53:38
Tak to rozhodne ne.
V obecne relativite pro takove tvrzeni vzdy musite specifikovat, pro ktereho pozorovatele - a jakmile se tam vyskytne jakykoli horizont, tak se situace komplikuje jeste vic.
(zatimco v normalnim prostoru vzdy najdete nejakou transformaci souradnic, jak prevest co vidi pozorovatel A na to, co vidi pozorovatel B, tak s horizontem to uz neplati)
Treba pri padu do cerne diry (vynechme Hawkingovo vyparovani), cokoli se deje pod horizontem je pro vnejsiho pozorovatele "dal nez v nekonecnem case".
Do jiste miry by se dalo rict, ze to neexistuje.
Tady je problem v tom, ze matematika nam dovoluje "dohlednout" do jinych, kausalne oddelenych oblasti, ale pouzivame pro popis normalni lidskou rec, prestoze je tam hodne "ale".
Re: Re: Re:
Amatér 1,2023-12-07 20:21:38
Tuším, že smyčková teorie gravitace vede k předpokladu, že černé díry nevedou k singularitě, ale v určitém okamžiku nastane odraz se vznikem bílé díry.
Re: Re: Re: Re:
Jirka Naxera,2023-12-08 03:45:43
Ona zadna kvantova teorie gravitace (=casoprostoru) k singularitam nevede.
Ten problem je jinde - prvni oddstavec naseho clanku je docela mimo. Ono neni problem v tom, ze "nejde spojit gravitaci s kvantovkou", ale naprosto opacny, tech moznosti, jak to udelat je opravdu hodne, a neexistuje pozorovani ani myslitelny experiment, ktery by naznacil, kudy ano. Superstringy jsou "lost in math", etc.
Malicko bych opravil i tvrzeni vyse, ze se gravitace ridi obecnou relativitou. Ona je to pravda, pokud se jedna o mereni, kde nehraji kvantove jevy roli. Jakmile ale zacnou byt kvantove jevy nezanedbatelne, pak je spravnejsi tvrzeni, ze nikdo naprosto netusi, jakou teorii se gravitace ridi pak.
Problem je, ze k tomu v pozorovatelnem Vesmiru doslo presne jednou (Velky Tresk), dochazi k tomu v blizkosti singularit cernych der (nebo co v nich je) (pozor - nikoli horizontu! tam je zakriveni prilis male), jenze ty se dost spatne zkoumaji kvuli horizontum.
Tech problemu je vic. "Standardni" kvantizace gravitace vede k nekonecnu neznamych, coz je problem. Dalsi vec je, ze tyhle nezname hraji roli az blizko Planckovy skaly, takze jakykoli experiment na nasich nizkych energiich je na nich nezavisly. Trochu se to snazi resit asymptoticka gravitace, ale problem neexistujicich predpovedi od Obecne relativity na nizkych energiich pretrvava. Ostatnich pristupu (i fundamentalne rozdilnych) jsou mraky, spousta v takove fazi, ze "vyzaduji nekolik desitek tisic vedcolet aby z nich vypadla alespon standardni obecna relativita na nizkych energiich".
Superstringy tyhle vedcoroky uz dostaly, a stejne to nestacilo (zeptejte se na formulaci M teorie...), navic konkretni predpovedi pokud vim taky chybeji (tusim z "trivialnich" otazek tam bylo treba kvantovy popis casupodobne singularity ale mozna si to pletu)
S tou singularitou je to stejne - tim, ze "pred" jejim (ne)vznikem to prochazi fazi, kdy jsou kvantove korekce nezanedbatelne, ale nikdo nevi, jake by vlastne mely byt, tak je trochu problem cokoli predikovat.
(on je problem i bez singularity - v kvantovem vakuu dochazi k fluktuacim, chvilkove tam vznikaji a zanikaji pary castic-anticastic libovolnych energii. Jenze ctete dobre - libovolnych. Tedy i na Planckove skale - a tyhle virtualni castice by mely zakrivovat prostor tak, ze ho planckoskopicky naprosto roztrhaji. Problem je i tohle na nizsich energiich vyhladit - a to, ze Vesmir ale takhle vyhlazenej podle vseho je. A diky Casimirovu jevu take vime, ze virtualni castice vznikaji. https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_foam )
Re: Re: Re: Re: Re:
Marcel Brokát,2023-12-08 21:54:09
Hmmm, tak to je krásný guláš :-) .... Skutečně, tohle je prostě fascinující, jak při snaze dojít k poznání se míra složitosti poznání zvyšuje... Nebo se to pouze tak jeví a my objevujeme, pokud použiji přirovnání, další kousek čáry fraktálového vzoru... Tady mne napadá jestli je možné podstatu fungování vesmíru (celého jsoucna myšleno) vůbec poznat. Zda můžeme vlastně poznat, zjednodušeně řečeno, "sami sebe" (myšleno jsoucno jako celek). Chca nechca nejsme v tomto případě pouhými pozorovateli. Třeba se jedná pouze o limitní činnost.... Ano, můžeme říkat: "udělali jsme teprve prvních pár krůčků" ale kde jsme na té limitě? Jsme schopni to posoudit? Spíš asi nejsme.... Třeba, pokud se nejedná o limitní princip, v okamžiku plného poznání udělá celý vesmír "plonk!" a bude vymalováno :-) :-)
Re: Re: Re:
Jirka Naxera,2023-12-08 04:15:32
Tak ale GR Vam neda popis Velkeho tresku, coz je myslim dost dobry duvod, proc tu ToE hledat.
Navic, nejen samotna singularita "zapina" kvantovku, ona je tady vsude. Zkuste si predstavit uplne jednoduchy experiment, treba vezmete kus nejakeho BE kondenzatu, dejte ho v naproste tme do superpozice "tady" a "tam" a pak na to bliknete bleskem, takze najednou bude mit konkretni polohu, dejme tomu "tady".
A ted mi spocitejte ciste jen z GR, jestli to vygeneruje nejakou gravitacni vlnu nebo ne. (ano, pokud vygeneruje, bude nemeritelna. Pokud bychom meli dve mikroskopicke cerne diry, ktere jsou spis problem technologicky, tak uz by meritelna byla. Ostatne bez kvantove gravitace ani nedokazete popsat konecnou fazi vyparovani cernych der ktere existuji, takze nutne i bez bigbangu by ta teorie byla neuplna i kdyby se ukazalo, ze takova technologie na vyrobu cernych mikroder v nasem Vesmiru nemuze fundamentalne existovat)
Re: Re: Re: Re:
Viktor L.,2023-12-08 20:07:27
Se mnou nepolemizujte, já nejsme žádná autorita :-) Jen upozorňuji na zajímavý článek pana Kerra.
Ono jde právě o to, co píšete, že OTR nepopisuje big bang. Proč ne? No protože tam je singularita, teorie se hroutí. Jenže Kerr v tom článku tvrdí, že singularita je akorát obecně oblíbený omyl a že tam ani podle OTR žádná singularita být nemusí. Tudíž, pokud by to tak bylo, se nakonec klidně mlže stát, že OTR big bang po nějakém úsilí popíše - co já vím, když už ani v černých dírách není singularita, tak třeba není nikde. A nebrat vážně Kerra, to bych se neodvažoval.
Re: Re: Re: Re: Re:
Jirka Naxera,2023-12-10 12:05:56
Musim si ten clanek procist, teda az budu trochu vyspanej.
Jinak to jsou dve ruzne veci. Singularity desi relativisty odpradavna, i bez kvantovky. Ale tim, ze je "odmazete" jeste neodmazete kvantove gravitacni efekty.
Jak bych to rekl? Ve specialni teorii relativity mate take jednu singularitu - hmota pohybujici se rychlosti svetla (nebo jeste vyssi). Muzeme ale dokazat, ze zadnym prirozenym procesem podobnou neplechu nemuzete zpusobit, a k tomu uspesne postulovat, ze v nasem Vesmitu neexistuje ani zadny jev, ktery by onu hmotu v takovem stavu vytvoril (tedy bez urychleni).
Presto samotne relativisticke efekty funguji porad, a (uz treba u te notoricke GPS) s nimi musite pocitat.
Proste i kdyby mel pan Kerr pravdu a samotna singularita nevznikla, pokud nerozmaze cely vnitrek cerne diry (a nejak ji nezabrani se vyparovat, coz pro CD lehci nez tusim 10^80 slunci nejde *) ), porad budou vznikat oblasti s dostatecne vysokou krivosti casoprostoru, aby se v nich kvantova gravitace projevila. To same BB - nemusi zacit singularitou, ale jakmile se zpetne priblizime Planckove casu, tak se proste _neco_ dit musi, proste v takovych byt regularnich oblastech dve teorie co mame davaji naprosto rozdilne predpovedi, takze alespon jednu z nich je treba v UV casti nejak modifikovat.
*) Pokud se nevyskytne nova fyzika, tak zrychlujici se rozpinani Vesmiru skonci tepelnou smrti, kdy Unruhuv horizont bude mit teplotu nejak 10^-30K. Coz je obrovsky mala teplota, ale u cerne diry tezsi nez 10^80 slunci je Hawkingova radiace slabsi a tak by takto obrovska cerna dira rostla naveky. Mensi je teplejsi (a se zmensovanim teplota roste), proto se v konecnem case vypari.
Re: Re: Re: Re: Re:
Jirka Naxera,2023-12-11 14:59:33
BTW Tak jsem si ten clanek pana Kerra precetl (asi prvni polovinu). Dost zajimava analyza.
Jestli to chapu dobre, tak nerika, ze singularity nevznikaji, rika (a zduvodnuje), ze singularity uvnitr cernych der nemusi vznikat, resp. ze existuji reseni vnitrku cernych der i bez singularit.
Jestli jsou takove reseni fyzikalne mozne (==jestli neco (kvantovka) dokaze hmote zabranit, aby delala takove nesmysly jako singularity) je otazka druha, kterou nechava otevrenou.
cit: "9What this all means, I have no idea! I do not believe anyone else does either since the
behaviour of quantum matter at such extreme pressure is unknown."
No, ne ze bych tomu nejak moc do hloubky rozumel...
Re: Re: Re: Re: Re: Re:
Viktor L.,2023-12-12 08:29:01
Kerrův článek má dvě jakési argumentační části. V té první vysvětluje, že současné obecně přijímané tvrzení, založené na Hawkingově a Penrosově analýze, že OTR _nutně_ vede k singularitám, tedy že toto tvrzení není ve skutečnosti podloženo ničím - chybný koncept, chybná matematika. Tato část mne zaujala.
V druhé části pak spekuluje nad jakousi následnou teorií, která vybaví hmotu schopností nespadnout do singularity, ale to je běžná práce každého teoretika v tomto oboru. Tohle bych vynechal.
Vraťme se k té první části. Kerr je v oblasti OTR kapacita a jeho tvrzení, že celá fyzikální obec slepě tvrdí, že OTR vede k singularitám, přestože si to nikdy nepřepočítali, dává smysl se věnovat trochu vážněji. Představme si, že nakonec nějak dospějeme k tomu, že s těmi singularitami to opravdu bude jinak a že uvnitř černých děr ani žádné nejsou.
To bude mít zásadní dopad na hledání teorie všeho. Totiž nyní si myslíme, že víme, že OTR není úplná teorie. Nemůže být, protože podle OTR může vést vývoj od fyzikálně možných stavů k nemožným, tj. takovým, které teorie neumí popsat (nekonečna) => teorie není úplná, hledejme novou. Že hledáme novou teorii ve sjednocení OTR a kvantové mechaniky je už pak víceméně založeno na zkušenosti, že minule to pomohlo.
Ale pokud OTR k singularitám nevede, pak je to úplná teorie a není žádný důvod hledat nějakou širší teorii. Pak může gravitace a prostoročas zůstat spojitým pozadím, na němž se odehrávají jevy, které se řídí standardním modelem. Svět by zůstal rozdělen na pozadí a popředí a žádná univerzální superkvantová teorie všeho by jej neřídila.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
