Кіріспе
Физикалық ғылымдағы жалпыламалық ұғымы. Тәуелсіздік принципі – теориялық физикадағы теорияны анықтайтын теңдеулердің, кеңістік-уақыттың нақты пішініне және оның ішіндегі әр түрлі өрістердің мәніне тәуелді болмауын талап ететін шарт. Атап айтқанда, бұл теорияның нақты координаталық жүйеге сілтеме жасамайынша құрылуы мүмкін екенін білдіреді – теория координаталық тәуелсіз болуы керек. Сонымен қатар, әр түрлі кеңістік-уақыт конфигурациялары (немесе фондық жағдайлар) негізгі теңдеулердің әр түрлі шешімдері ретінде алынуы тиіс.
Background independence is a condition in theoretical physics that requires the defining equations of a theory to be independent of the actual shape of the spacetime and the value of various fields within the spacetime. In particular this means that it must be possible not to refer to a specific coordinate system—the theory must be coordinate free. In addition, the different spacetime configurations (or backgrounds) should be obtained as different solutions of the underlying equations.
Сипаттама
Фондық тәуелсіздік – физика теориясының шартты түрде анықталатын қасиеті. Шамамен айтқанда, ол кеңістік пен уақытты сипаттау үшін қолданылатын математикалық құрылымдардың санын, олар "қолмен" енгізілгенін шектейді. Оның орнына, осы құрылымдар Эйнштейннің өріс теңдеулері сияқты динамикалық теңдеулердің нәтижесі болып табылады, сондықтан теорияның негізгі принциптерінен олардың қандай формада болу керектігін анықтауға болады. Метриканың формасы есептеулердің нәтижесін анықтайтындықтан, фондық тәуелсіздікке ие теория, одан тәуелсіз теорияға қарағанда зор болжамдық күшке ие, себебі теорияның болжамдарын жасау үшін аз деректер қажет. Бұл фундаментальді теориядағы еркін параметрлердің санын азайтуға ұқсас. Осылайша, фондық тәуелсіздікті теориядан болжауға тиіс математикалық объектілерді кеңейту ретінде қарастыруға болады, бұл кеңейту тек параметрлерді ғана емес, сонымен қатар геометриялық құрылымдарды да қамтиды. Риклс бұл туралы былай деп жазады: «Фондық құрылымдар динамикалық құрылымдармен салыстырылады, ал фондық тәуелсіздікке ие теория тек соңғысымен ғана қанағаттандырады. Алғашқысымен де, соңғысымен де қамтылған теориялар фондық тәуелді теориялар болып табылады». Жалпы салыстырмалылық теориясында фондық тәуелсіздік кеңістік-уақыт метрикасының динамикалық теңдеудің шешімі болып табылатын қасиетімен байланыстырылады. Ал классикалық механикада жағдай басқаша, физиктер метриканы эксперименттік байқауларға сәйкес белгілейді. Бұл қанағаттандырмайды, себебі метриканың формасы физикалық болжамдарға әсер етеді, бірақ теорияның өзі оны болжамайды.
Көрініссіз тәуелсіздік
Көрініссіз фондық тәуелсіздік, негізінен, физикалық қажеттіліктен гөрі эстетикалық қажеттілік. Бұл дифференциалдық геометрияда теңдеулерді координаттар жүйесін таңдауға тәуелсіз түрде жазу қажеттігімен ұқсас және тығыз байланысты. Егер фондық тәуелсіздік формализмі болса, ол теңдеулерді қарапайымдап, көркем етіп жасауға мүмкіндік береді. Дегенмен, теорияның көрініссіз фондық тәуелсіздікке ие болуын талап етудің физикалық мазмұны жоқ – мысалы, жалпы салыстырмалылық теориясының теңдеулерін физикалық салдарларын өзгертпей, жергілікті координаттарда қайта жазуға болады. Қандай да бір қасиетті көрініссіз ету тек эстетикалық болғанымен, теорияның нақты осы қасиетке ие екеніне көз жеткізуге көмектесетін пайдалы құрал. Мысалы, егер теория Лоренц инвариантты түрінде жазылса, онда Лоренц инварианттылығының әр қадамда сақталуын тексеруге болады. Қасиетті көрініссіз ету теорияның нақты осы қасиетке ие екендігін анық көрсетеді. Классикалық механиканы көрініссіз Лоренц инвариантты етуге қол жеткізе алмау, теоретиктің қиялының жетіспеушілігін емес, теорияның физикалық ерекшелігін көрсетеді. Классикалық механиканы немесе электромагнетизмді фондық тәуелсіз ету үшін де осы принцип сақталады.
Кванттық гравитация теориясы
Кванттық гравитация зерттеулерінің болжамдық сипатынан туындап, фондық тәуелсіздіктің дұрыс іске асырылуы туралы көптеген пікірталастар бар. Ақырында, жауап эксперимент арқылы шешіледі, бірақ эксперименттер кванттық гравитация құбылыстарын зерттей алғанша, физиктер пікірталасқа қанағат етуге тиіс. Төменде кванттық гравитацияның ең ірі екі тәсілінің қысқаша сипаттамасы келтірілген. Физиктер 3D кванттық гравитация модельдерін зерттеді, бұл 4D кванттық гравитацияға қарағанда әлдеқайда оңай мәселе (өйткені 3D-де кванттық гравитацияның жергілікті еркіндік дәрежелері жоқ). Бұл модельдерде екі әртүрлі топология арасында нөлдік емес өту амплитудалары бар, яғни топология өзгерісі болады. Осы және басқа да ұқсас нәтижелер физиктерді кез келген дәйекті гравитация кванттық теориясы динамикалық процесс ретінде топологиялық өзгерістерді қамтуы керек деген сенімге жетеледі.
Сызық теориясы
Сызық теориясы көбінесе белгілі бір фондық кеңістіктегі бұзылыстар теориясы арқылы құрастырылады. Осылай анықталған теория жергілікті түрде фондық инвариантты болуы мүмкін, бірақ егер олай болса, бұл айқын емес, және оның нақты мағынасы белгісіз. Сызық теориясын фондық тәуелсіздік принципі бойынша тұжырымдауға жасалған әрекеттердің бірі – Сызық өрістері теориясы, бірақ оны түсінуде аз ғана жетістіктерге қол жеткізілді. Тағы бір тәсіл – әлі дәлелденбеген, бірақ болжамды AdS/CFT дуалдығы, ол анти-де-Ситтер асимптотикасы бар кеңістік-уақытта сызық теориясының толық, бұзылмаған анықтамасын береді деп есептеледі. Егер олай болса, бұл болжамды фондық тәуелсіз теорияның суперселекция секторының бір түрін сипаттауы мүмкін. Бірақ ол әлі де анти-де-Ситтер кеңістігінің асимптотикасымен шектеледі, бұл біздің Әлемнің қазіргі бақылауларымен үйлеспейді. Теорияның кез келген кеңістік-уақыт фондық кеңістігіндегі толық, бұзылмаған анықтамасы әлі де жоқ. Топологиялық өзгеріс – сызық теориясында белгілі бір процесс.
Күлгілік кванттық гравитация
Кванттық гравитацияға қатысты өте ерекше көзқарас – бұрандалық кванттық гравитация, ол толығымен бұрмалаусыз және негізгіге тәуелді емес: геометриялық шамалар, мысалы, аудан, ешқандай негізгі метрикаға немесе асимптотикаға сілтеме жасамай-ақ болжалады (мысалы, негізгі метрика немесе анти-де-Ситтер асимптотикасы қажет емес), тек берілген топологияға сүйене отырып.