О принципах в физике

Прогресс в области фундаментальной физики часто сопровождается введением нового принципа, являющегося ключевым ориентиром, направляющим теорию к успеху.

Примерами этого может служить принцип относительности, принцип эквивалентности и принцип калибровочной инвариантности. Эти принципы прочно легли в основу любой физической теории.

Введение нового принципа может быть вызвано противоречиями между существующими теориями. Руководствуясь им можно понять какая теория включает в себя части фундаментальной теории, а какую необходимо усовершенствовать или отказаться. Специальная теории относительности, например, примерила электродинамику и кинематику Галилея за счёт последней, отказавшись от её основных принципов -- абсолютного пространства и времени.

Принцип может также возникнуть из некоторых недавно возникших моделей, некоторого физического факта, который стоит особняком и не может быть оспорен или объяснён существующей физической теорией. С помощью принципа этот факт может быть положен в основу новой теории.

В ньютоновской теории гравитации, к примеру, пропорциональность инертной и гравитационной масс для всех тел кажется любопытным совпадением и никак не может быть объяснено в рамках этой теории. Принцип эквивалентности требует, чтобы этот факт был положен в основу новой теории. Это привело Эйнштейна к общей теории относительности, в которой равенство гравитационной и инертной масс задаётся с самого начала. Тела движутся по геодезическим в искривлённом пространстве-времени и, следовательно, просто не может быть иначе.

Голографический принцип относится к последнему классу. Необъяснённым фактом в этом случае является существование точного, общего и удивительно строгого предела на содержание информации в пространственно-временной области. Этот факт уже является общепризнанным, его наиболее общее название ковариантный энтропийный предел (covariant entropy bound). Голографический принцип утверждает что этот предел не совпадение, а должен положить основу новой теории.

Ковариантный энтропийный предел соотносит понятия пространство -временной геометрии с числом квантовых состояний материи. Он предполагает, что любая теория, включающая голографический принцип, должна объединять материю, гравитацию и квантовую механику. Это должна быть квантовая теория гравитации, система, объединяющая общую теорию относительности и квантовую механику.

Это предположение поддерживается тесной связью между ковариантным энтропийным пределам и квазиклассическими свойствами чёрных дыр. Это было подтверждено, хотя в ограниченном контексте, недавними результатами в теории струн.

Голографический принцип конфликтует с общепринятым мнением, что теория должна быть локальной, и в этом смысле он также относится к первому классу. Обычно теории локальны, квантовая теория поля, например, локальная теория -- она имеет дело со степенями свободы в каждой точке пространства. Информация о системе растёт пропорционально ее объёму. Голографический принцип, с другой стороны, утверждает что число фундаментальных степеней свободы связанно с площадью поверхности, ограничивающей область пространства, в которой определена теория. Как правило, это число степеней свободы намного меньше того, что предполагается теорией поля.

В физике много примеров, когда такой выбор числа степеней свободы являлся непреодолимым препятствием при построении новых теорий. Одним из самых известных примеров может служить проблемы с расходимостями при построении квантовой теории гравитации. Попытки уменьшить число степеней свободы совершались постоянно и сводились либо к выбору нового масштаба ультрафиолетового обрезания либо, в более радикальном случае, к замене нашего непрерывного пространства-времени на решётку. Этот новый подход к построению квантовой теории гравитации получил название петлевой квантовой теории гравитации. Ещё одним примером может служить величина космологической постоянной, определённая как энергия нулевых колебаний физического вакуума в рамках квантовой теории поля и отличающаяся на 120 порядков от величины, определённой из астрономических наблюдений.

Практически сразу же после введения голографического принципа, был поднят вопрос о его влиянии на космологию . Январь 2010 года в этом отношении можно считать началом голографической космологии. Увидела свет статья Э. Верлинде, предлагающая абсолютно новый взгляд на пространство и гравитацию. В рамках этого подхода были переоткрыты множество хорошо известных физических законов.

Целью данной работы является показать как в рамках голографической динамики можно построить космологическую модель, свободную от некоторых количественных и качественных противоречий Стандартной космологической модели (СКМ), таких как природа и величина космологической постоянной, причина ускоренного расширения Вселенной, а также некоторых других соотношений, не нашедших объяснения в рамках СКМ.

На пути к данной цели из голографического принципа будет получен ряд физических законов, позволяющих построить практически всю физику. В заключении будет показано как в рамках голографической динамики, без введения тёмной энергии, можно получить хорошо согласующееся, не только качественно но и количественно, ускоренное расширение Вселенной.

15 Декабря 2010, 12:15    Den    5649    1

Комментарии (1):

Алексей  •  1 April, 1:08

Интересные мысли, наверное за голографическим принципом будущее физики

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.