Nová kvantová teorie gravitace přibližuje teorii všeho  
Kdo by nechtěl smířit obecnou relativitu s kvantovou mechanikou? Dvojice finských fyziků vytvořila kalibrační teorii (gauge theory) gravitace se symetrií, která je podobná symetrii Standardního modelu částicové fyziky. Mohla by otevřít cestu ke kompletní kvantové teorii gravitace.
Kvantové pole gravitace. Kredit: Aalto University.
Kvantové pole gravitace. Kredit: Aalto University.

Není žádným tajemstvím, že jedním z hlavních cílů generací fyziků je smíření dvou na první pohled zcela protikladných teorií – Einsteinovy obecné relativity, která představuje teorii gravitace a kvantové mechaniky přízračného světa částic. Prostředníkem takového smíření by měla být kompletní kvantová teorie gravitace (quantum field theory of gravity), od které vědci v podstatě očekávají, že rozlouskne singularity, které se nám teď vysmívají z nitra černých děr a z výhně Velkého třesku.

 

Mikko Partanen (vlevo) a Jukka Tulkki (vpravo). Kredit: Aalto University/Matti Ahlgren.
Mikko Partanen (vlevo) a Jukka Tulkki (vpravo). Kredit: Aalto University/Matti Ahlgren.

Mikko Partanen a Jukka Tulkki z finské Aalto University jsou přesvědčeni, že jejich nová kvantová teorie gravitace, jejíž popis gravitace je slučitelný se Standardním modelem částicové fyziky, otevírá cestu ke zmíněné kompletní kvantové teorii gravitace a k teorii všeho, která by měla zahrnout všechny (tedy čtyři známé) základní fyzikální síly.

Logo. Kredit: Aalto University.
Logo. Kredit: Aalto University.

 

Podle badatelů bylo klíčové nalézt cestu k popisu vhodné kalibrační teorie (gauge theory), čili teorie, ve které částice navzájem interagují prostřednictvím pole. Jak vysvětluje Tulkki, nejznámější kalibrační pole je určitě elektromagnetické pole. Když mezi sebou navzájem interagují elektricky nabité částice, jejich interakci zprostředkuje elektromagnetické pole. Podobně lze podle Tulkkiho říct, že když mají částice energii, tak interakce, v nichž hraje roli právě energie, by měly probíhat prostřednictvím gravitačního pole.

 

Standardní model částicové fyziky je vlastně kalibrační teorie, která popisuje tři základní fyzikální síly – elektromagnetickou, slabou jadernou a silnou jadernou sílu. Jde o to, jak k těmto třem silám přidat gravitaci. Jak říká Partanen, jejich hlavní myšlenka byla získat kalibrační teorii gravitace se symetrií, která bude podobná symetriím Standardního modelu. V současné době má totiž obecná relativita, která zosobňuje teorii gravitace, mimořádně odlišnou symetrii časoprostoru.

 

Očividně je to náročné. Cena pro vítěze je ale příliš lákavá. Kdo by nechtěl odhalit tajemství černých děr a samotného vzniku vesmíru? Nemluvě o tom, že velice teoretické výzkumy tohoto typu slibují velmi zajímavé praktické aplikace.

 

Video: Quantum Gravity and the Hardest Problem in Physics | Space Time

 

Video: Quantum Gravity: How quantum mechanics ruins Einstein's general relativity

 

Literatura

Aalto University 5. 5. 2025.

Reports on Progress in Physics 88: 057802.

Datum: 06.05.2025
Tisk článku

Související články:

Postkvantová teorie klasické gravitace smiřuje Einsteina s kvanty     Autor: Stanislav Mihulka (06.12.2023)
Vědci při honbě za kvantovou gravitací změřili gravitaci mikroskopického objektu     Autor: Stanislav Mihulka (26.02.2024)
Gravitace z entropie? Radikální přístup smiřuje kvanta a relativitu     Autor: Stanislav Mihulka (06.03.2025)
Gravito-optický efekt: Chytáme gravitační vlny na světlo?     Autor: Viktor Lošťák (02.05.2025)
Kvantová inspirace pro lovce exoplanet: SPADE proti šumu reality     Autor: Viktor Lošťák (06.05.2025)



Diskuze:

Singularity

Martin Novák2,2025-05-07 13:37:16

Chytré hlavy říkají že zhroucení/dopad do singularity proběhne v "konečném čase".

Otázka: Co je to "konečný čas" pod horizontem kde čas stojí popřípadě vůbec neexistuje?

Odpovědět


Re: Singularity

Standa Hořejší,2025-05-07 16:23:45

Konečný čas je myšlen pro vzdáleného pozorovatele, myslím si.

Co se dál děje pod horizontem zjistit nelze, možná (kacířská myšlenka) se to "tam hroutí" jinak než si teoretici představují, ale to může být pozorovateli jedno, může vnímat jen těch několik málo atributů, kterými se ČD navenek projevuje. A asi závisí jen na technické a teoretické vyspělosti pozorovatele, zda je schopen číst si informace zakódované v horizontu ČD. Kdo ví, třeba tam bude i něco obecnějšího, než jen přehled vyděšených obličejů kosmonautů/pozorovatelů, kteří to včas nedokázali ubrzdit...

Odpovědět


Re: Re: Singularity

Martin Novák2,2025-05-08 12:23:19

Právě že gravitace na horizontu zastavuje čas z hlediska vzdáleného pozorovatele. Přitom samotná černá díra má omezenou životnost z hlediska vzdáleného pozorovatele.
Takže otázka zní: dopadne do singularity nebo ne? To znamená vytvoří se singularita vůbec?
Nebo se realita rozdělí a pro vnějšího pozorovatele platí že nedopadne a singularita se tudíž vůbec nevytvoří a pro padající hmotu platí že dopadne do singularity?

Odpovědět


Re: Re: Re: Singularity

Standa Hořejší,2025-05-08 22:09:17

Ano, to je fakt. Na mě to působí rozporuplně, přiznávám. Citem technika "100 % vím", že těleso do ČD spadne, jakmile je na správné trajektorii, byť průlet horizontem do ČD vzdálený pozorovatel nikdy neuvidí. To jsou pro mě "jen" peripetie teorie relativity, a pokud mám dobře načteno, tak co se pak děje s časem/hmotou pod horizontem, to nikdo ani netuší. Takže asi dnes není v silách žádné teorie objasnit, kam uvnitř ČD těleso nakonec doletí (popř. na co dopadne). To naznačené rozdělení reality (vně a uvnitř ČD) se mi jeví nerealné ještě víc než to, že by těleso do ČD nespadlo, promiňte mi, to by nám snad příroda nemohla udělat :-(

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Singularity

Lukáš Fireš,2025-05-11 17:42:25

Taktéž mám ten "pocit", že tam spadnout musí - dokonce "nadsvětelnou rychlostí".

Co při tom cítí či vidí je, no, spíše filosofická otázka a lpění na principu, že by neměl nijak poznat přechod horizontu. Já na to ale: stejně to nepřežije, tak co? Fyzikálněji: zastaví se mu čas (dilatace času) a v ten moment bude zároveň už v singularitě (kontrakce délek). Tudíž si to opravdu představuji jako náraz do zdi rychlostí světla ;)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Singularity

Pavol Tocik,2025-05-11 22:31:47

Podla matematickych vypoctov, je pri rotujucich supermasivnych ciernych dierach mozne spadnut pod horizont udalosti a prezit, dokonca sa tam mozu nachadzat planety a zivot:

V každom prípade, neovplyvnené možnosťou či nemožnosťou prechodu Cauchyho horizontu, čakalo vedcov pod ním prekvapenie - podľa najnovších výpočtov existuje pod týmto horizontom v prípade supermasívnych čiernych dier stabilná a aj rozľahlá oblasť, kde majú stabilné dráhy nielen fotóny a častice, ale je tam dostatok štandardného 3D priestoru i pre makroskopické objekty, teda napr. aj planéty. Dráhy nikdy neopustia oblasť pod Cauchyho horizontom, ale ani neskončia v singularite. Opakujeme, že to platí pre supermasívne čierne diery, kde sú slapové sily v dostatočne veľkej oblasti pod Cauchyho horizontom relatívne malé, a teda aj vyžarovanie gravitačných a elektromagnetických vĺn (ktoré by v prípade malých rotujúcich dier v priebehu pomerne krátkeho času stabilné dráhy narušili) nie je intenzívne a umožňuje dlhodobú stabilitu dráh.
Planéty či potenciálne aj život by teda mohli vnútri Cauchyho horizontu existovať, a vďaka stabilite dráh by mali dostatok času na svoje sformovanie a vývoj, podobne ako majú dostatok času v okolí štandardných hviezd. Zdrojom energie by bola centrálna singularita a takisto fotóny uväznené na rovnako stabilných dráhach.
Zdroj: https://www.boinc.sk/clanky/vnutorna-struktura-ciernej-diery-matematika-udivuje

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Singularity

Lukáš Fireš,2025-05-11 23:26:15

Ano, nepochybuji, ale je to tak trochu "mimo téma".
Rotující ČD jsou pokusem odhalit "nahou singularitu", protože tu primární (leč teoretickou) nechápeme.
Bavme se prosím o nerotující černé díře ;)

Odpovědět


Re: Re: Re: Singularity

František Luft,2025-05-09 11:43:43

Z hlediska vzdáleného pozorovatele se na horizontu zastaví čas na tělese, které padá. Takže vychází že se s tím zastaví i pohyb a pád se zastaví. (Černé díry se původně jmenovaly zamrzlé hvězdy). Ale jak se zastaví čas a pohyb, tak se zastaví i vyzařování a objekt z hlediska vzdáleného pozorovatele zhasne.

Pro pozorovatele padajícího se z hlediska OTR nic zásadního dít nemusí (problém s časem pod horizontem je jenom matematický a spočívá v tom že radiální souřadnice R a časová t si při přechodu prohodí svoje role, ale pozorovatel má na hodinkách tzv. vlastní čas). Reálně na pozorovatele působí slapové síly, které ho roztrhají (k tomu může dojít až hluboko pod horizontem). Při přechodu přes horizont ale pozoruje, že se ve vesmíru zrychluje čas, veškeré dění a během přechodu "uvidí" nebo zažije celou budoucnost vesmíru v jednom okamžiku. Veškeré vesmírné záření, které do toho místa dopadá za celou budoucí historii tak uvidí najednou jako záblesk, který ho spálí.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Singularity

Lukáš Fireš,2025-05-11 17:33:43

"Při přechodu přes horizont ale pozoruje, že se ve vesmíru zrychluje čas, veškeré dění a během přechodu "uvidí" nebo zažije celou budoucnost vesmíru v jednom okamžiku."

Právě, a pokud se černá díra vypařuje, pak se do ní nikdy spadnout nedá - bude se astronautovi vypařovat "pod nohama" (pomineme-li, že nemá šanci to přežít).

Na tom však cosi smrdí - a co takhle kontrakce délek (když už dilatace času)? Astronautovi se sice zastaví čas (a vesmír zrychlí), ale zároveň se prostor smrskne na rovinu, takže má tu singularitu "na dosah ruky" - asi jako foton, který z vlastní perspektivy ve stejný okamžik vznikl i zanikl a procestoval při tom vesmír.

Ach ta nekonečna (a dělení nulou).

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Singularity

František Luft,2025-05-11 21:34:14

Při přechodu přes horizont kosmonaut nedosáhne rychlosti světla, tudíž ani kontrakce délek pro něj není nekonečná/nulová tak jako pro foton.
To, že by ho vesmírné záření spálilo jsem psal s nadsázkou. Mohl by to být limitní jev(?) když je pro něj okolní vesmír nekonečně zrychlený ale po nekonečně krátkou dobu, kdy protíná horizont nekonečně tenký. Takže brát s rezervou, totéž s tím Hawkingovým vypařováním

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Singularity

Lukáš Fireš,2025-05-11 23:19:57

"Při přechodu přes horizont kosmonaut nedosáhne rychlosti světla, tudíž ani kontrakce délek pro něj není nekonečná/nulová tak jako pro foton."

Jak to, že ne? Promiňte, ale Vaše "nadsázka" je mi asi nesrozumitelná, takže není na co reagovat, protože nic, co jste napsal nemusí být mylšeno vážně. Na to se nedá argumentovat.

Horizont událostí je hranice, kdy ani světlo, tedy foton, nemůže uniknout. Ani Kosmo-astro-naut. Proč? Protože prostor padá rychleji než světlo. Ne? Nedosáhne rychlosti světla?! Nejen že dosahne, překoná! A tím se otočí t-xyz. Ale to už je "vyšší dívčí".

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Singularity

František Luft,2025-05-12 09:37:21

Z pod horizontu není možné se dostat kvůli silné gravitaci. Pojem "padající prostor" je možná užitečná analogie pro popularizaci, reálně se hmotné těleso nemůže pohybovat rychlostí světla s těmi efekty jako kontrakce délek.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Singularity

Lukáš Fireš,2025-05-12 09:51:38

To není jen o popularizaci, ten prostor "padá", či přesněji, je zakřiven v 3D+1. (Snad nemusíme jít do Ricciho tensorů.)

Padající objekt sice lokálně (ze svého pohledu) nemůže překročit rychlost světla, ale z pohledu vnějšího pozorovatele ano - o tom je i WARP.

Uznávám však, že je těžké si neplést vztažné soustavy, sám v tom chybuji.
Tohle už není "speciální" teorie relativity a na obecnou se necítím :)

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz