Teorii despre "nasterea" Universului

[Electron]

Daca acceptam ideea ca fluctuatiile cuantice exista intr-adevar (si mecanica cuantica sustine acest lucru) atunci va trebui sa le punem in acord cu teoria oficiala.

Din cate stiu eu (cei din domeniu pot confirma sau infirma), fluctuatiile cuantice exista intr-adevar, cum e cazul efectului de tunel spre exemplu.

Ca atare, mecanica cuantica este teorie oficiala, asa cum e si TR. Asa cum TR a generalizat mecanica lui Newton, asa si o teorie viitoare va generaliza teoriile actuale aratand ca ele erau doar cazuri limita pentru microcosmos si respectiv macrocosmos. Mai e de lucru, dar cunoasterea acumulata pana acum are o valoare pe care nu o va pierde atata timp cat experientele sunt in concordanta cu fiecare teorie in domeniul ei de aplicabilitate.

e-

[Adi]

De acord cu toate completarile aduse de Sceptic, Ionut, Electron. Ma bucur mult cand un subiect de discutie evolueaza astfel.

[ionut]

Stai putin, tu te astepti sa reproduca cineva un Big-Bang in laborator?
e-

Nu asta am vrut sa spun. Problema este strict legata de fluctuatiile cuantice. Mecanica cuantica (nu religia) se afla in momentul de fata in contradictie cu TR. Daca acceptam ideea ca fluctuatiile cuantice exista intr-adevar (si mecanica cuantica sustine acest lucru) atunci va trebui sa le punem in acord cu teoria oficiala. Teoria corzilor ar fi o solutie, dar mai e mult de lucru.

    sceptic,
   Mecanica cuantica pe care o stim astazi ESTE teoria oficiala. Fluctuatiile cuantice nu fac ceea ce iti imaginezi tu, nu incalca nici o lege de conservare. Nu te astepta sa poti crea un Univers intreg dintr-o fluctuatie cuantica. Fluctuatiile astea cuantice vin din binecunoscutul principiu de nedeterminare al lui Heisenberg care spune ca nedeterminarea in energie dE este intotdeauna mai mare sau egal decat hbar/dt, unde dt este un interval de timp iar hbar este constanta Planck impartita la 2*pi. Nedeterminarea nu inseamna ca pot produce energie din nimic ci doar o lipsa intrinseca de informatie care depinde de scala temporala la care lucrez. Mecanica cuantica respecta conservarea energiei, impulsului si alte legi fundamentale.
   Universul intreg nu s-a format dintr-o fluctuatie de genul celor de tip Heisenberg. Energia intregului Univers trebuie sa fi existat cumva inainte de aparitia Universului asa cum il stim.

[sceptic]

Scuze pentru exprimare, cand am zis "teorie oficiala" ma refeream doar la TR si la problema cu gravitatia dintre TR si mecanica cuantica.

[Adi]

Cum zicea si Ionut si Electron, atat teoria cuantica cat si TRR si TRG sunt teorii oficiale, doar ca nici una din ele nu descrie orice din Univers. Ne trebuie o teorie unificata a lor pentru a putea intelege mai bine Big Bang-ul sau interiorul gaurilor negre. Acesta este visul de aur al fizicienilor. Si de aceea va fi o veste foarte buna daca cumva se vor observa la LHC gauri negre miscroscopice, inseamna ca pentru prima data am observa experimental efecte cuantice ale gravitatiei si atunci am stii ca acestea exista si ca teoriilor pot fi unificate. Noi acum speram ca pot fi unificate, dar daca cumva intrinsec din natura nu pot fi unificate de fapt?

Aceasta observatie ar fi echivalenta cu observatia lui Oersted din 1820 cum ca curentul electric creeaza un camp magnetic. Dupa aceea oamenii de stiinta au avut o dovada ca exista o legatura intre electricitate si magnetism, care a dus la cercetari intense care dupa 11 ani au dus la crearea curentului electric cu ajutorul campului magnetic (1831, Faraday, inductia electromagnetica) si apoi la o teorie care unifica oficial electricitatea si magnetismul, teoria electromagnetica (1865, Maxwell).

Asadar, eu unul tare mult m-as bucura sa se observe gauri negre microscopice la LHC.

[ionut]

Scuze pentru exprimare, cand am zis "teorie oficiala" ma refeream doar la TR si la problema cu gravitatia dintre TR si mecanica cuantica.

   Buna sceptic,
  Dupa cum zicea si Adi, TR si celelalte teorii (teoriile cuantice de camp, mecanica statistica, etc) se refera la aspecte diferite ale fizicii si nu se contrazic ci sunt complementare. Exista combinatii de mecanica cuantica cu fizica relativista restransa, mecanica statistica cu fizica relativista, mecanica cuantica cu mecanica statistica, dar inca nu avem o teorie care sa incorporeze totul (incluzand aici si teoria generalizata a relativitatii).

[sceptic]

Ionut, eu ma refeream strict la urmatorul aspect:
 
Desi atat principiile clasice cat si TR converg catre ideea ca spatiul gol prezinta un camp gravitational nul, mecanica cuantica arata ca, intr-adevar, campul e zero in medie, dar valoarea lui reala se misca in sus si in jos datorita fluctuatiilor cuantice. Mai mult, principiul de incertitudine ne arata ca amplitudinea oscilatiilor campului gravitational creste pe masura ce sondam spatiul pe distante din ce in ce mai mici. E un citat aproximativ din "Universul elegant" al lui Brian Greene.
Poate ca expresia "contradictie fundamentala" e prea dura. Si da, atat TR cat si mecanica cuantica sunt "teorie oficiala".

[Adi]

Din cate inteleg eu, ce descrie Sceptic este corect. De aceea e nevoie de o teorie cuantica a gravitatiei, care sa rezolva incompatibilitatea intre teoria relativitatii si teoria cuantica.

[ionut]

Ionut, eu ma refeream strict la urmatorul aspect:
 Desi atat principiile clasice cat si TR converg catre ideea ca spatiul gol prezinta un camp gravitational nul, mecanica cuantica arata ca, intr-adevar, campul e zero in medie, dar valoarea lui reala se misca in sus si in jos datorita fluctuatiilor cuantice.

    sceptic, mecanica cuantica nu trateaza forta gravitationala catusi de putin. Vidul cuantic este total altceva decat spatiul gol din TR. Vidul cuantic
reprezinta nivelul minim de energie pe care un anumit sistem il poate avea si este un mediu destul de complicat din punct de vedere teoretic. Acest vid cuantic prezinta intr-adevar fluctuatii de genul formarii si anihilarii imediate de perechi particula-antiparticula. Ele au fost puse in evidenta experimental, insa vidul cuantic nu a produs niciodata energie neta (adica un Big-Bang oricat de mic).

Mai mult, principiul de incertitudine ne arata ca amplitudinea oscilatiilor campului gravitational creste pe masura ce sondam spatiul pe distante din ce in ce mai mici. E un citat aproximativ din "Universul elegant" al lui Brian Greene.

      Recunosc ca nu am citit cartea la care te referi chiar daca e una cunoscuta de popularizare a fizicii. Nu prea cred ca cineva a pus in evidenta pana acum unde gravitationale, cu atat mai putin sa probeze principiul de incertitudine folosind campul gravitational. Nu zic ca acest principiu nu ar fi valabil si in cazul campului gravitational, dar momentan acest principiu a fost formulat in cadrul mecanii cuantice, nu pentru gravitatie. Gravitatia cuantica este inca un taram al speculatiilor.
    Totusi citatul tau este valabil daca in locul campului gravitational folosesti un camp cuantificabil. Inca odata incerc sa lamuresc faptul ca principiul de incertitudine ne indica ceea ce ii spune si numele, adica incertitudinea cu care o anumita stare cuantica poate fi probata/perceputa/masurata. Nu este vorba de o fluctuatie in sine. Nu este o discontinuitate in sine in conservarea energiei, impulsului etc. Principiul de incertitudine spune ca cu cat sondam spatiul pe distante din ce in ce mai mici (adica cu cat incertitudinea spatiala este mai mica) cu atat incertitudinea in masurarea impulsului creste dupa legea dX*dP >= h. Echivalent, se poate folosi dT*dE>h.

[sceptic]

    sceptic, mecanica cuantica nu trateaza forta gravitationala catusi de putin.          

Asa e, dar cum spunea si Adi e nevoie de o teorie cuantica a gravitatiei.

[sceptic]

Cred ca am fost prea laconic in ultimul post, dar am fost un pic ocupat .
Nu sunt un specialist, dar domeniul mecanicii cuantice ma fascineaza. Din cate am inteles, teoria cuantica a gravitatiei este necesara  pentru a face posibila includerea gravitatiei in Modelul Standard. Imi dau seama ca gravitatia cuantica este un domeniu oarecum speculativ (inca nu s-a descoperit experimental gravitonul, de exemplu), dar in cazul unui esec in acest domeniu, probabil specialistii vor trebui sa aduca alte ajustari modelului actual.

Nici eu nu vorbeam de incalcarea legii de conservare a impulsului si nici de "producere" de energie in vidul cuantic. O varianta poate mai apropiata de adevar ar fi aceea ca particulele "imprumuta" energie de la vid in anumite "situatii speciale".

[ionut]

Cred ca am fost prea laconic in ultimul post, dar am fost un pic ocupat .
Nu sunt un specialist, dar domeniul mecanicii cuantice ma fascineaza. Din cate am inteles, teoria cuantica a gravitatiei este necesara  pentru a face posibila includerea gravitatiei in Modelul Standard. Imi dau seama ca gravitatia cuantica este un domeniu oarecum speculativ (inca nu s-a descoperit experimental gravitonul, de exemplu), dar in cazul unui esec in acest domeniu, probabil specialistii vor trebui sa aduca alte ajustari modelului actual.

      Cum inca gravitatia cuantica este la un nivel speculativ, nu o sa fie consecinte prea mari daca ceva se dovedeste a fi gresit. De fapt nici nu prea este ce sa se dovedeasca gresit pentru ca nu prea sunt date experimentale. Exista experimente pentru masurarea undelor gravitationale generate de evenimentele astrofizice majore precum explozia supernovelor. Deasemenea se asteapta cu interes datele de la LHC pentru explorarea posibilitatii formarii de micro-gauri negre. Toate aceste experimente au foarte mici sanse de reusita datorita raritatii semnalelor pe care le cauta dar sunt cruciale pentru luarea in considerare a cuantificarii gravitatiei.

Nici eu nu vorbeam de incalcarea legii de conservare a impulsului si nici de "producere" de energie in vidul cuantic. O varianta poate mai apropiata de adevar ar fi aceea ca particulele "imprumuta" energie de la vid in anumite "situatii speciale".

    Energia "imprumutata" este si data inapoi vidului intr-un timp extrem de scurt. Cu cat energia e mai mare, cu atat timpul de existenta a fluctuatiei este mai scurt.
   Imi pare rau daca nu am fost mai sugestiv cu chestiunile astea, sper sa redresez asta in posturile viitoare.

[Adi]

Foarte frumos evolueaza discutia, atat Ionut, cat si Sceptic aduc completari, excelente, demne de popularizarea fizicii, incat un licean chiar ar putea invata citind aceasta discutie. Felicitari si ma bucur mult ca scrieti pe acest forum.

[sceptic]

      Cum inca gravitatia cuantica este la un nivel speculativ, nu o sa fie consecinte prea mari daca ceva se dovedeste a fi gresit.

O consecinta (poate singura) ar fi aceea ca s-ar "rata" unificarea celor 4 interactii. In Modelul Standard se unifica interactia electromagnetica cu cea slaba, iar in Modelul Standard Supersimetric se adauga si interactia tare. Gravitatia ar ramane pe dinafara. Poate ca aceasta consecinta va deschide drumul altor teorii, ca Teoria corzilor sau "Loop quantum gravity" (de ultima doar am auzit ca exista ).

          Energia "imprumutata" este si data inapoi vidului intr-un timp extrem de scurt. Cu cat energia e mai mare, cu atat timpul de existenta a fluctuatiei este mai scurt.
 

Corect.

[Adi]

Nu am auzit ca modelul standard supersimtric sa unifice interactia tare cu interactia electroslaba. Aceasta unificare s-ar putea face la energii mult mai mari, inca neaccesibile in laborator, si s-ar numi Grand Unified Theory (GUT).