Cтраница 3
Вообще ни одна какая-либо отдельная теория - будет ли то теория тяготения ( как думал сам Эйнштейн) или же теория элементарных частиц, или какая-либо иная - не может быть единственной основой единой физической теории. Но, поскольку она может быть только обобщением ряда частных физических теорий - квантовой механики, квантовой электродинамики, теории элементарных частиц, теории ядра, будущей квантовой теории гравитации и прочих - очевидно также, что для обобщенной единой теории должен выполняться специфический принцип соответствия, как и для любой обобщенной теории, но, быть может, в какой-то разветвленной форме. Это означает, что при некоторых предельных значениях соответствующих характеристических параметров обобщенная физическая теория должна будет принимать форму тех частных теорий, которые послужили исходными элементами для обобщения. [31]
Предел наших желаний состоит в том, что некоторые варианты супергравитации ( в настоящий момент предпочтение отдается максимально расширенной теории с N 8 [13]) приведут к конечной квантовой теории гравитации. [32]
Так, в основу нерелятивистской квантовой механики положены представления о пространстве и времени Ньютона, в основу релятивистской квантовой теории поля ( еще не разработанной до конца) положены представления о пространственно-временном многообразии Минковского, а квантовой теории, в основу которой были бы положены представления о пространстве-времени как о римановом многообразии, вообще говоря, не существует. В имеющихся вариантах квантования гравитации используются те же формальные приемы квантования, что и в случае линейных полей в плоском пространстве-времени. В квантовой теории гравитации ( когда она будет создана) гравитационное взаимодействие будет интерпретировано в терминах гравитонов, а на сами гравитоны распространятся те же трудности, которые имеют место в теории других элементарных частиц. [33]
Как бы все это ни впечатляло, эта тема все же, в некотором смысле, второстепенна для достижения основной цели, которую преследовал Фейнман, изучая гравитацию, - создания полной квантовой теории. Так и не завершив эту работу, Фейнман все же четко указал направление для следующего поколения исследователей. Как и в КЭД, в квантовой теории гравитации фейнмановские диаграммы без каких бы то ни было петель описывают взаимодействия, которые подчиняются правилам классической теории. В случае гравитации ( главным образом, из-за способа взаимодействия гравитонов друг с другом) даже написание правильных уравнений, которые нужно решить, гораздо сложнее, и, написав их, вы обнаруживаете, что в них полно бесконечностей. Важно, что Фейнман обнаружил, что для того чтобы этот подход вообще работал, он должен учесть влияние полей-духов, которые отвечают за наличие частиц, присутствующих в фейнмановских диаграммах исключительно в виде замкнутых петель и не обладающих реальным существованием. [34]
Было показано, что явление квантового испарения и необходимость приписывания черным дырам определенного значения энтропии можно истолковать исходя из соображений, связанных с квантованием гравитации. По-видимому, именно это привело Хокинга к идее формулировки квантовой теории гравитации на основе евклидова действия и математическому воплощению уилеровской концепции пространственно-временной пены. [35]
Гипотеза об элементарных черных дырах ( максимонах) не только интересна своими возможными космологическими следствиями, но и существенна для физики элементарных частиц. Виртуальные черные дыры станут, вероятно, важным элементом будущей квантовой теории гравитации. [36]
Гипотеза об элементарных черных дырах ( максимонах) не только интересна своими возможными космологическими следствиями, но и существенна для физики элементарных частиц. Виртуальные черные дыры явятся, возможно, ражным элементом будущей квантовой теории гравитации. [37]
С другой стороны, с общепринятой точки зрения любые прямые следствия квантовой теории гравитации должны иметь более эзотерический характер. Существует мнение ( и, по-моему, вполне обоснованное), что квантовая теория гравитации должна сыграть фундаментальную роль в окончательном установлении природы наблюдаемого зоопарка элементарных частиц. Например, сейчас у нас нет хорошей теории, которая бы объяснила, почему массы частиц именно таковы, каковы они есть - а ведь понятие массы теснейшим образом связано с понятием гравитации. Действительно, единственное действие массы - быть источником гравитации. К тому же не без оснований считается, что ( согласно идее, выдвинутой где-то около 1955 года шведским физиком Оскаром Клейном) правильная квантовая теория гравитации обязана устранить расходимости, преследующие обычную квантовую теорию поля ( см. с. Физика представляет собой единое целое, и правильная квантовая теория гравитации, когда она, наконец, будет построена, должна стать основой нашего досконального понимания универсальных законов природы. [38]
Как я уже отмечал, даже согласно традиционной точке зрения именно квантовая теория гравитации должна прийти на помощь классической общей теории относительности и решить проблему простран-ственно-временнйх сингулярностей. Так, квантовая теория гравитации должна дать непротиворечивое физическое описание взамен бессмысленного бесконечного результата классической теории. Я безусловно согласен с этой точкой зрения: это как раз та самая ситуация, где квантовая теория гравитации должна проявить себя в полной мере. Однако, теоретики не могут смириться с тем поразительным фактом, что проявления квантовой теории гравитации вопиющим образом асимметричны во времени. [39]
Причем эта неспособность носила довольно специфический характер: она была связана с типами виртуальных частиц, участвовавших во взаимодействиях. Несмотря на свою эфемерность, эти частицы являются существенным ингредиентом всех современных теорий взаимодействий частиц ( включая квантовую теорию гравитации. [40]
До сих пор нам встречались физические объекты двоякой природы: точечные частицы и непрерывно распределенные в пространстве поля. В квантовой теории поля различие между частицами и полями в значительной степени стирается и, скорее, связано лишь с различным поведением полей целого и полуцелого спина. Между тем, в полной квантовой теории фундаментальных взаимодействий, которая пока еще не существует в окончательном виде и которая должна включать и квантовую теорию гравитации, оказывается необходимым рассматривать протяженные объекты различной размерности, которые не попадают в категории частиц или полей. [41]
Высокая степень симметрии керровского решения обеспечила возможность провести аналитически и в весьма изящной форме исследование целого ряда уравнений классической физики, описывающих поведение частиц и полей в метрике Керра. Такая теория аналогична развивавшейся в тридцатые годы полуклассической электродинамике, в которой рассматривалось взаимодействие квантовых систем с классическим электромагнитным полем и которая, как можно надеяться, является хорошим приближением к ( пока не созданной) квантовой теории гравитации в условиях, когда квантовой природой самого гравитационного поля можно пренебречь. [42]
В этом смысле теория Янга-Миллса очень похожа на общую теорию относительности, в которой динамика гравитационного взаимодействия в значительной степени определяется требованием инвариантности относительно наиболее общих преобразований координат. Так что аналогия между нелинейными взаимодействиями неабелевых фотонов и гравитонов, отмеченная выше, является лишь одним из частных проявлении глубокого сходства этих теорий. Теория Янга-Миллса является достаточно простой моделью, на которой можно попытаться понять некоторые особенности квантования такой существенно - нелинейной теории, как общая теория относительности. Задача построения квантовой теории гравитации привлекает к себе все большее внимание. [43]
Как я уже отмечал, даже согласно традиционной точке зрения именно квантовая теория гравитации должна прийти на помощь классической общей теории относительности и решить проблему простран-ственно-временнйх сингулярностей. Так, квантовая теория гравитации должна дать непротиворечивое физическое описание взамен бессмысленного бесконечного результата классической теории. Я безусловно согласен с этой точкой зрения: это как раз та самая ситуация, где квантовая теория гравитации должна проявить себя в полной мере. Однако, теоретики не могут смириться с тем поразительным фактом, что проявления квантовой теории гравитации вопиющим образом асимметричны во времени. [44]
В любом случае, эта гипотеза плохо согласуется с теми идеями, которые я здесь выдвигаю. Я утверждал, что несмотря на то, что черные дыры должны существовать, существование белых дыр запрещено гипотезой о вейлевской кривизне ГВК привносит в обсуждение элемент временной асимметрии, не учтенный Хокингом. Следует отметить, что поскольку черные дыры и их пространственно-временные сингулярности действительно занимают большое место в обсуждении того, что происходит внутри ящика Хокинга, то, следовательно, рассматриваемая проблема вне всякого сомнения тоже должна быть связана с неизвестными пока физическими законами, управляющими поведением такого рода сингулярностей. Хокинг считает, что эта неизвестная физика должна иметь вид симметричной во времени квантовой теории гравитации, а я считаю - что это должна быть асимметричная во времени ПКТГ. Я утверждаю, что одним из главных следствий ПКТГ должна быть ГВК ( и, следовательно, второе начало термодинамики в известном нам виде), и поэтому необходимо попытаться установить, какие из ГВК вытекают следствия для рассматриваемой проблемы. [45]