Кіріспе

Релятивистік физикада Лоренц инварианттылығы физика заңдары Лоренц түрлендірісі кезінде өзгермейтіндей болуын талап етеді. Кванттық гравитацияда Лоренц инварианттылығы – бұл гипотетикалық циклдық кванттық гравитация ғаламдарындағы әмбебап ерекшеліктерді өлшейтін құрал, ол гравитацияның кванттық теориясын салыстырмалылық теориясының геометриялық интерпретациясына негіздеме беруге тырысады. Әлем, мультивселен және циклдық кванттық гравитация үшін әртүрлі гипотетикалық модельдер әртүрлі жалпы ковариантты принциптерге сәйкес болуы мүмкін. Циклдық кванттық гравитация ғаламдарды модельдей алатындықтан, кеңістік-гравитациялық теориялар біртілдіру теориясын құруға және оған жауап беруге үміткер; Лоренц инварианттылығы уақыт өте келе ұсынылған мультивселендегі әмбебап ерекшеліктердің таралуын бағалауға көмектеседі.

Ұлы бірігу дәуірі

Үлкен бірігу эпохасы – ғаламның хронологиясында элементар бөлшектердің жоқ болған уақыт кезеңі. Стандартты модельдегі үш өлшегіш өзара әрекеттесу – электромагниттік, әлсіз және күшті өзара әрекеттесулер немесе күштер – бір жалғыз күшке біріктірілген. Ғылыми консенсус бойынша, Үлкен жарылыстан кейін 3 минут өткен соң протондар мен нейтрондар бірігіп, қарапайым элементтердің ядроларын құра бастады. Ал циклдық кванттық гравитация теориялары, керісінше, элементар бөлшектердің және Лоренц инварианттылығының пайда болуын 13,799 ± 0,021 миллиард жылдан ертерек мерзімге жатқызады. Лоренц инварианттылығы тұрақтылығы элементар бөлшектер мен олардың қасиеттеріне негізделген. Үлкен жарылыстан бұрын қара тесіктер мен ескі көп қанатты әлемдерден ғаламды құру үшін сансыз жылдар қажет болды. Элементар бөлшектерде энергияны қабылдау, сақтау және беру сияқты қасиеттерді қалыптастыратын таңдау процесі бар. Ли Смолиннің циклдық кванттық гравитация туралы кітаптарында бұл теорияда ғаламдардың және элементар бөлшектердің «көбейісі» мен «мутациясы» сияқты эволюциялық идеялар бар екендігі айтылады, бұл формальды түрде популяциялық биология модельдерімен сабақтас.

Ерте ғаламдар

Үлкен жарылыстан бұрынғы ғаламның алғашқы кезеңдерінде "циклдік кванттық гравитацияның циклдік кванттық құрылымдары" кеңістікті қалыптастырған деген теориялар бар. Лоренц инварианттылығы және әмбебап тұрақтылар әлі пайда болмаған элементар бөлшектерді сипаттайды. "Жәркінді ғалам" – Ли Смолиннің қара тесіктердің рөлі туралы көп ғалам теориясы. Бұл теория бойынша, қара тесіктер мен циклдік кванттық гравитация ерте ғаламдарды байланыстырған, циклдік кванттық гравитация қара тесіктерге тартылуы мүмкін, ал жәркінді ғаламдардағы әрбір жаңа ғаламда физика заңдары сәл өзгеше. Осы заңдардың аздап айырмашылығы себебінен, олардың әрқайсысы ерте ғаламдардың мутациясы сияқты саналады.

Минковский кеңістігі-уақыты

Лүпістік кванттық гравитация (LQG) – классикалық Лагранж өріс теориясының квантталуы. Ол әдеттегі Эйнштейн-Картан теориясына эквивалентті, себебі ол жалпы салыстырмалылықты бұрылыспен сипаттайтын қозғалыс теңдеулеріне алып келеді. Глобалды Лоренц инварианттылығы LQG-де жалпы салыстырмалылық теориясындағыдай бұзылады (Минковски кеңістігі-уақытымен жұмыс істемесе, ол Эйнштейн өріс теңдеулерінің нақты шешімі). Дегенмен, қарапайым жалпы салыстырмалылық теориясында күтілетіннен артық, Лоренц инварианттылығының мүмкін болатын жергілікті және жаһандық бұзулары туралы көп сөз болды. Осыған байланысты, Минковски кеңістігі-уақытының LQG аналогы глобалды Лоренц инварианттылығын бұза ма, әлде сақтай ма, соны анықтау қызығушылық тудырады, ал Карло Ровелли және оның әріптестері жақында спин көбік әдістерін қолданып, LQG-нің Минковски күйін зерттеді. Әртүрлі LQG модельдерінің классикалық лимиттерін (төмендегі деректерде осы модельдердің өзгеру себептері көрсетілген) есептеу мүмкін болмайынша, бұл сұрақтар ашық болып қалады.

Лай алгебрасы мен циклдік кванттық гравитация

Математикалық тұрғыдан алғанда, LQG – EXPANDED Лоренц тобының өзіндік дуалды кіші тобының жергілікті өлшеу теориясы, ол элементарлық бөлшектер физикасында кеңінен қолданылатын Вейль спинорларындағы Лоренц тобының әрекетімен байланысты. Бұл ішінара математикалық ыңғайлылықтың нәтижесі, себебі ол SO(3) немесе SU(2) сияқты компактты топтарды, SO(3,1) немесе SL(2,C) сияқты компактты емес топтарға қарастыратын өлшеу тобы ретінде береді. Ли тобының компакттылығы, компактты емес Ли топтарының өлшеу теорияларын кванттаудағы әлі шешілмеген кейбір қиындықтардан сақтауға мүмкіндік береді және аудан мен көлем спектрлерінің дискреттілігіне жауапты. Күрделендіру процесіндегі белгісіздікті жою үшін Иммирци параметрін қатыстыратын теория қажет. Бұл – бір классикалық теорияның әртүрлі кванттануларының тең емес кванттық теорияларға, тіпті кванттануды жүзеге асыру мүмкін болмауына әкелуі мүмкін көптеген жолдардың бірнешеуі. Бұл деңгейде SO(3) пен SU(2) немесе SO(3,1) пен SL(2,C) арасындағы айырмашылықты ажырату мүмкін емес: тиісті Ли алгебралары бірдей. Шындығында, барлық төрт топтың бірдей күрделі Лай алгебрасы бар, бұл мәселені одан да қиындатады (бұл нюанстар элементарлық бөлшектер физикасында көбінесе ескерілмейді). Ли алгебрасының физикалық интерпретациясы – шексіз кішкентай топтық түрлендірулер, ал өлшеу бозондары (мысалы, гравитон) – Ли тобының емес, Ли алгебрасының өкілдіктері. Лоренц тобы үшін бұл, жеткілікті кішкентай жылдамдық параметрлерінде, төрт күрделі Лай тобының барлығы да материялық өрістердің болмауы жағдайында ажыратылмауы екенін білдіреді. Жағдайды одан да күрделендіре түсу үшін, Лоренц тобын сәйкес кванттық топпен алмастыру арқылы LQG-де оң космологиялық тұрақтыны жүзеге асыруға болатынын көрсетуге болады. Ли алгебрасы деңгейінде бұл Ли алгебрасының q деформациясына сәйкес келеді, ал q параметрі космологиялық тұрақтының мәнімен байланысты. Ли алгебрасын q деформацияланған нұсқасымен алмастырудың салдары – оның өкілдіктерінің тізбегінің қысқартылуы (айналу тобының жағдайында, барлық жартылай бүтін спиндермен белгіленген өкілдіктердің орнына, жалпы спин j белгілі бір тұрақтыдан кішкентай барлық өкілдіктер қалады). LQG-ні қарапайым Ли алгебраларының орнына q деформацияланған Ли алгебралары тұрғысынан құру мүмкін, ал Лоренц тобының жағдайында нәтиже жеткілікті кішкентай жылдамдық параметрлері үшін тағы да ажыратылмас болар еді.

Спиндік желілер циклдік кванттық гравитация

Спин көбік формализмінде, бір кезде 4D Лоренц кванттық гравитациясының ең перспективті күйлер жиынтығы моделі болған Барретт-Кран моделі, SO(3,1) немесе SL(2,C) тобының шексіз емес өкілдіктеріне негізделген. Сондықтан спин көбік беттері (және демек спин желісінің қабырғалары) SU(2) спин желілерінің жартылай бүтін сандарына қарағанда оң нақты сандармен белгіленген. Осы және басқа да мәселелер, соның ішінде спин желісі күйіне Лоренц түрлендіруін қолданудың мәнін түсіндірудегі қиындықтар, Ли Смолин және басқаларды спин желісі күйі Лоренц инварианттылығын бұзуы керек деген қорытуға әкелді. Ли Смолин мен Жоао Магуэйхо кейіннен екі есе ерекше салыстырмалылықты зерттеді, онда тек тұрақты жылдамдық c ғана емес, сонымен қатар тұрақты қашықтық l бар. Олар Лоренц өтірік алгебрасының осы қасиеттерге ие болатын сызықтық емес өкілдіктері бар екенін көрсетті (көне Лоренц тобы сызықтық өкілдіктен алынады). Екі есе ерекше салыстырмалылық, үлкен энергияларда (екі есе ерекше теориядағы тұрақты ұзындық l ретімен шағын толқын ұзындығына сәйкес) арнайы салыстырмалылық дисперсиялық қатынасынан ауытқуларды болжайды. Джованни Амелино Камелия фотондар үшін арнайы салыстырмалылық дисперсиясының бұзылуын болжау арқылы жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің құпиясын шешуге болады деп ұсынды. Әзірге нақты растау табылмады және бұл идея әлі де гипотеза болып қана қоймайды. Аномальды дисперсиялық қатынастардың феноменологиялық (яғни, LQG-ге тән емес) шектеулерін алу үшін әртүрлі астрофизикалық эксперименттік деректерді қарастыруға болады, олардың ішінде жоғары энергиялы ғарыштық сәулелер тек бір бөлігін құрайды.