Teorien om kvantegravitasjon (loop quantum gravity)

[SeaLion]

Kvantegravitasjon = Loop quantum gravity

 

Moderne fysikk hviler på et stort dilemma. Kvantemekanikken og Einsteins relativitetsteori forklarer verden glimrende på hver sin måte, og har begge holdt vann i et utall forsøk.

 

Men: De to teoriene ekskluderer hverandre. Med vår nåværende forståelse av fysikken kan ikke kvantemekanikken og relativitetsteorien være gyldig samtidig. Denne utfordringen har fysikken levd med i snart 100 år.

 

Dette er som regel uproblematisk, siden Einsteins relativitetsteori tar hånd om det som er stort og gir universet orden, mens kvantemekanikken beveger seg på atomnivå der «kaoset» råder.

 

Presenterer ny teori

Det å forene de to teoriene er likevel en av de store oppgavene i fysikken, og nå kan forskere ved universitetet i Warszawa ha tatt et kvantesprang nærmere løsningen.

 

Forskerne mener å ha forent kvantemekanikken med Einstein og laget en modell for kvantegravitasjon. I modellen klarer de å forklare hvordan klassisk tid-rom oppstår fra kvanteverdenen, samtidig som de beskriver hele relativitetsteorien - i tillegg er modellen matematisk konsistent.

 

På denne måten klarer forskerne å forklare hvordan tid oppstår - eller «fødes», som er overskriften på pressemeldingen fra fakultetet. Tiden oppstår i relasjonen mellom gravitasjons- og skalarfelt.

 

- Løsningene vi presenterer gir oss anledning til å følge utviklingen av universet på en langt bedre måte enn tidligere modeller, sier professor Jerzy Lewandowski ved fysisk fakultet ved Universitetet i Warszawa.

Les hele saken på http://www.dagbladet.no/a/14796969/ og på

http://www.sciencedaily.com/releases/2010/12/101216095014.htm

http://io9.com/5715066/loop-quantum-gravity-could-unite-physics-and-take-us-back-to-the-big-bang

 

Er dette et mulig gjennombrudd i jakten på teorien om alt? Eller er det bare enda et alternativ til strenghypotesene (inkludert M-teorien)?

 

Kjør debatt.

Endret 27. desember 2010 av SeaLion

[-trygve]

Her er artikkelen det hele dreier seg om.

 

Jeg har bare lest innledning og konklusjon, og er absolutt ingen ekspert på kvantegravitasjon. Så min mening bør nok ikke tillegges for stor vekt. Men mitt inntrykk er at dette ikke er noe stort gjennombrudd, men en artikkel som mer eller mindre tilfeldig har blitt plukket opp av media. Loop quantum gravity (LQG) har vært i omløp ganske lenge, og dette er bare en av mange artikler som prøver å bruke det til noe. Det at de kobler gravitasjonen til et skalarfelt er en stor forenkling, siden det er spinor- og vektorfelter som er av størst interesse (elektroner og kvarker er representert med spinorfelter, mens de kraftbærerne for elektrosvake og sterke krefter er representert med vektorfelter). I naturen er ingen fundamentale skalarfelter observert.

 

En annen ting som tyder på at denne artikkelen er litt tilfeldig plukket opp er at selv om den har vært tilgjengelig på arXiv siden september er det ingen vitenskaplige artikler som siterer den.

 

 

 

 

 

[Lingeri]

Her er artikkelen det hele dreier seg om.

 

Jeg har bare lest innledning og konklusjon, og er absolutt ingen ekspert på kvantegravitasjon. Så min mening bør nok ikke tillegges for stor vekt. Men mitt inntrykk er at dette ikke er noe stort gjennombrudd, men en artikkel som mer eller mindre tilfeldig har blitt plukket opp av media. Loop quantum gravity (LQG) har vært i omløp ganske lenge, og dette er bare en av mange artikler som prøver å bruke det til noe. Det at de kobler gravitasjonen til et skalarfelt er en stor forenkling, siden det er spinor- og vektorfelter som er av størst interesse (elektroner og kvarker er representert med spinorfelter, mens de kraftbærerne for elektrosvake og sterke krefter er representert med vektorfelter). I naturen er ingen fundamentale skalarfelter observert.

 

En annen ting som tyder på at denne artikkelen er litt tilfeldig plukket opp er at selv om den har vært tilgjengelig på arXiv siden september er det ingen vitenskaplige artikler som siterer den.

 

 

Flott tema Sealion, og interessant svar Trygve.

 

Men det jeg lurer veldig på er: Hvilken forutsigelse fremmer denne nye LQG kvantegravitasjonsteorien ?

 

For er det ikke slik at for at en framsatt hypotese skal kunne kalles for en vitenskapelig teori så må den vel foruten å være matematisk, også være mulig å teste ut mot observasjon / eksperiment i forhold til hva hypotesen forutsier av nye egenskaper ved naturen som ingen teori før har framsatt ? Dersom det er slik at denne nye kvante-hypotesen ikke fremsetter noen forutsigelser av nye naturfenomen, så kan jo heller ikke hypotesen falsifiseres ved at den kan testes ut mot observasjon. Dersom det er tilfelle er den verdiløs, etter min mening. Men nå er jeg jo ikke særlig glup da

Og dersom det er slik at den bare forutsier det som allerede er forutsagt av andre teorier, og som også er observert, så er vel hypotesen heller ikke noe vitenskapelig framskritt og den blir vel da også verdiløs, fordi man ikke med denne nye hypotesen får forutsagt mer om naturen enn det allerede eksisterende teorier har forutsagt.

 

Ble mye ord her. Beklager dette. Men som sagt:

 

Hva forutsier denne nye hypotesen som ikke allerede er forutsagt av gamle teorier ?

[Lingeri]

 

 

Flott tema Sealion, og interessant svar Trygve.

 

Men det jeg lurer veldig på er: Hvilken forutsigelse fremmer denne nye LQG kvantegravitasjonsteorien ?

 

For er det ikke slik at for at en framsatt hypotese skal kunne kalles for en vitenskapelig teori så må den vel foruten å være matematisk, også være mulig å teste ut mot observasjon / eksperiment i forhold til hva hypotesen forutsier av nye egenskaper ved naturen som ingen teori før har framsatt ? Dersom det er slik at denne nye kvante-hypotesen ikke fremsetter noen forutsigelser av nye naturfenomen, så kan jo heller ikke hypotesen falsifiseres ved at den kan testes ut mot observasjon. Dersom det er tilfelle er den verdiløs, etter min mening. Men nå er jeg jo ikke særlig glup da

Og dersom det er slik at den bare forutsier det som allerede er forutsagt av andre teorier, og som også er observert, så er vel hypotesen heller ikke noe vitenskapelig framskritt og den blir vel da også verdiløs, fordi man ikke med denne nye hypotesen får forutsagt mer om naturen enn det allerede eksisterende teorier har forutsagt.

 

Ble mye ord her. Beklager dette. Men som sagt:

 

Hva forutsier denne nye hypotesen som ikke allerede er forutsagt av gamle teorier ?

 

Og siden dette er en kvantegravitasjons"teori" så skal jo denne "teorien" kunne forklare hvordan man kan observere den isolerte gravitasjonen mellom to elementærpartikler, noe man ikke hittil har en teori for. Hvordan forklarer den for mannen i gata hvordan gravitasjonen virker mellom for eksempel et elektron og atomkjernen. Og hvordan forklarer den på en hyperenkel måte hva gravitasjonen mellom to elementærpartikler er, og hvorfor den er der, på en måte som både Per-Bjarne 72,5 år og ola Henriksen 8 år kan forstå i løpet av en 1-minutts-forklaring ? Dersom forfatterene av teorien ikke kan forklare dette så er den i mitt skrullete jente-hode også like verdifull som julenummeret av KK og Hjemmet

Endret 27. desember 2010 av Lingeri

[Lingeri]

Jeg fant svaret selv i følgende artikkel publisert på Arxiv 24.12.2010 (på selveste julaften, som om det var en gave fra nissen til alle oss som lurte på dette med om kvante-gravitasjons-teoriene er falsifiserbare eller bare er teorier som forutsier alt og ingenting på samme tid, dvs. ingen presise nye forutsigelser som kan testes )

 

http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1012/1012.4707v3.pdf

 

Fra artikkelens konklusjon:

 

"A. Open problems

Experiments and predictions. Needless to say, there

are no experiments supporting this (or any other)

quantum theory of gravity. All current theories of

quantum gravity are in the realm of the theoretical

attempts.

But the situation is more serious than just this.

Loop gravity, as well as all other quantum theories

of gravity, has so far been incapable of producing

a single clear-cut prediction that could in principle

put the theory under cogent empirical test. This

is bad and is a weakness of today’s fundamental

theoretical physics.

We need definite predictions, like those that all the

good physical theories of the past have been able

to produce. A theory that is compatible with any

possible future measurement outcome is not a serious

theory. A theory that predicts everything and

the opposite of everything is not a mine of ideas: it

is a bucket of confusion."

 

Altså: Teorien du viser til SeaLion, og de andre kvantegravitasjonsteorien inkl. stengteoriene, er ikke vitenskapelige falsifiserbare teorier. De gir rett og slett ingen, what so ever, prediksjon som kan testes og slik nyttes til å avgjøre klart og presist om teoriene er piss eller vitenskapelige gjennombrudd som kan nyttes til f.eks. ny teknologi og ny innsikt.

 

Lurer på om det noen gang vil komme en "ny Einstein" som kan sjokkere alle med en helt ny og revolusjonerende innsikt som ingen noen gang hadde tenkt på før. En ny Einstein som med sin eksepsjonelt enkle og geniale teori gir en prediksjon/forutsigelse som først blir oppdaget, la oss si, ti år etterpå hans publisering. En ny Einstein som ingen i disse ti åra tok på alvor, men som de i stedet lo av, og parkerte som enda en crank. En ny Einstein som f.eks. jobbet på et eller annet offentlig kontor, og som kun hadde publisert en artikkel, og det i et av de aller lavest rangerte tidsskrift, denne crank-teorien med den hinsides spådommen utenfor enhver "realitet". En ny Einstein som plutselig blir det 21-århundres og kanskje tidenes geni, når det plutselig blir observert noe som ingen og ingen teori har forutsett, unntatt i den der crank-teorien fra han der skrullingen som jobber en eller annen plassen på et kontor langt utenfor det vitenskapelige miljø !!!!! Det hadde vært kult om det hadde skjedd.

[SeaLion]

Altså: Teorien du viser til SeaLion, og de andre kvantegravitasjonsteorien inkl. stengteoriene, er ikke vitenskapelige falsifiserbare teorier. De gir rett og slett ingen, what so ever, prediksjon som kan testes og slik nyttes til å avgjøre klart og presist om teoriene er piss eller vitenskapelige gjennombrudd som kan nyttes til f.eks. ny teknologi og ny innsikt.

Tusen takk for analysen. Jeg liker når jeg kan få klargjort om noe er relevant eller ikke.

[-trygve]

Jeg synes egentlig at analysen svartmaler situasjonen litt for mye. Det er riktig at både strengteori og LQG har problemer med å komme med testbare forutsigelser, men jeg synes likevel dette teoretiske arbeidet er interessant.

 

Bakgrunnen for slike teorier er at kvantefeltteorier og generell relativitet fungerer fantastisk godt på hvert sitt område, men der de to typene teorier må virke samtidig fungerer det ikke i det hele tatt. Samtidig virker det innlysende at gravitasjon også må være kvantiseres. Både strengteori og LQG er lovende forsøk på å gjøre denne kvantiseringen. Problemet med å få til testbare forutsigelser er at den karakteristiske energiskalaen for gravitasjon (sannsynligvis) er 10¹⁹ GeV. Men det er ikke umulig at kvantegravitasjon har effekt også ved lavere energinivåer, så det er ikke utenkelig at slike teorier en gang kan bli testet en gang likevel.

 

 

[-trygve]

Dobbelpost

Endret 28. desember 2010 av -trygve

[SeaLion]

Apropos strengteori/strenghypoteser: Det har ikke blitt registrert noen mikroskopiske sorte hull (foreløpig) i CMS-detektoren i LHC, noe som tolkes som at de teoretiske minste sorte hullene ikke kan oppstå. Og dette skal visstnok kunne tolkes som et holdbart motbevis av deler av stenghypotesene.

http://www.forskning.no/kortnytt/274409

http://cms.web.cern.ch/cms/News/2010/MicroBlackHoleSignatures15122010/index.html

 

Er det noen som skjønner hva dette egentlig innebærer, og har dette noe også å si for andre foreslåtte "teorier om alt"?

[-trygve]

Det at CMS ikke har observert svarte hull betyr egentlig ikke annet enn at størrelsen som ekstra dimensjoner kan tenkes å ha er flyttet litt lenger nedover. I strengteori antas det vanligvis at krumningsradien på de ekstra dimensjonene er av størrelsesorden Planck-lengden (10^-35 m), og i såfall er det ikke forventet at LHC-eksperimentene skal se svarte hull. Men så har det vært laget versjoner av teorien med langt større krumningsradius på de ekstra dimensjonene. Hovedmotivasjonen for dette er å frembringe observerbare konsekvenser av teorien. Og det er altså slike versjoner av strengteori som nå begynner å bli satt begrensninger på. Men selv om det går både 10 og 20 år til uten at små svarte hull blir observert er det egentlig ikke noe problem for strengteori.

Andre "teorier om alt" vet jeg mye mindre om enn strengteori, men det vanligste er at effekter av kvantegravitasjon først blir synlig når energien nærmer seg Planck-massen (10¹⁹ GeV), så manglende observasjon av svarte hull ved 7 GeV burde ikke være noe problem i det hele tatt.

 

Redigert: Denne situasjonen viser svakheten til slike teorier som strengteori: de kan forklare nesten hva som helst, men knapt komme med en skikkelig forutsigelse.

 

 

 

Endret 29. desember 2010 av -trygve

[Mads-b]

Grml..

 

Det var da fryktelig synd at de bare har gjort et kvantesprang på feltet, da et kvantesprang i vitenskapen et den minste forflytningen man kjenner til.. http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_leap

 

Hater at media misbruker dette begrepet i et forsøk på å virke "vitenskapelige".

 

Men over til Halvor: Strengteori generelt er vel rimelig snuskete greier, i og med at man her for første gang i moderne vitenskapshistorie tilpasser virkeligheten til teorien, og overkompliserer i et forsøk på å matche de få datapunktene man har. Savner tiden med empiriske data..

[-trygve]

Jeg er ikke enig i at strengteori tilpasser virkeligheten til teorien og overkompliserer for å passe til datapunktene. Utgangspunktet for strengteori er gjetningen om at det fundamentale objektet er 1-dimensjonalt. Siden det har vist seg at 0-dimensjonale objekter (dvs punktpartikler) forkludrer kvantiseringen når gravitasjon kommer inn i bildet, er dette den enkleste gjetningen som er konsistent. Men det er fremdeles bare en gjetning som fremdeles mangler eksperimentell bekreftelse! Deretter pålegges teorien kvantisering, samt at den må respektere alle de kjente symmetriene og derav følger strengteori slik den er formulert i dag. Antallet dimensjoner i tid-rommet følger for eksempel av kravet om at teorien skal være Lorentz-invariant.

 

Det gjenstår altså å bekrefte at strengteori er en riktig beskrivelse av virkeligheten, men teorien er en veldig naturlig utvidelse av allerede bekreftede teorier - nemlig kvantefeltteoriene som standardmodellen består av.