Buit superfluit

La Teoria del Buit Superfluit (SVT - Superfluid Vacuum Theory en anglés), a voltes també escrita com la teoria del buit BEC, és una aproximació en física teòrica i mecànica quàntica a on el buit físic (restant fonamental no-suprimible) es veu com un superfluit o BEC. L'estructura microscòpica del buit físic és pràcticament desconeguda i està subjecta a estudis intensius en la Teoria del Buit Superfluit. L'objectiu final dels estudis és establir models científics que unifiquen la mecànica quàntica (descrivint tres de les quatre interaccions fonamentals) en la gravetat. Açò fa que la SVT siga una candidata per a la teoria de gravetat quàntica. S'espera que el desenroll de tal teoria unifique en un model únic consistent totes les interaccions fonamentals i que descriga totes les interaccions conegudes en l'Univers, tant en escala microscòpica com a astronòmica, aixina com les diferents manifestacions de la mateixa entitat, el buit superfluit.

Història

El concepte d'un Éter luminisférico com a mig de sustente per a les ones electromagnètiques es va descartar despuix de l'arribada de la teoria de la relativitat especial. l'Éter, tal i com es concep en la física clàssica, du en veritat a vàries contradiccions; en particular, que l'éter tinga una velocitat definida en cada punt de l'espai-temps exhibirà una direcció de preferència. Açò entra en conflicte en el requeriment relativístico de que totes les direccions dins del con de llum són equivalents. No obstant, en 1951 Paul Dirac va publicar dos documents a on indicava que es devia tindre en conte les fluctuacions quàntiques en el fluir de l'éter. Els seus arguments implicaven l'aplicació del principi d'incertitut a la velocitat de l'éter en qualsevol punt de l'espai-temps, lo que implica que la velocitat no serà una cantitat ben-definida. De fet, estarà distribuïda entre varis valors possibles. En el millor dels casos, es podria representar l'éter per una funció d'ona que representa l'estat del buit perfecte en el qual totes les velocitats de l'éter són igual de provables. Encara que estos treballs no varen tindre molta popularitat, li'ls pot considerar com el naiximent de la teoria.

Inspirats per les idees de Dirac, K.P. Sinha, C. Sivaram i E.C.G. Sudarshan varen publicar en 1975 una série de documents que sugerien un nou model per a l'éter d'acort en que és un estat superfluit de parells de fermiones i antifermiones que es pot descriure per una funció d'ona macroscòpica. Estos es varen donar conte de que les chicotetes fluctuacions de tipo partícula del fondo superfluit obedien en veritat la simetria de Lorentz inclús si el superfluit en sí mateixa és no-relativiste. Sent aixina, varen decidir tractar el superfluit com la matèria relativista - posant el tensor estrés-energia de les equacions d'Einstein, etcétera. Açò no els va permetre donar un important pas - descriure la gravetat relativística com una de les chicotetes fluctuacions del buit superfluit. Varen ser atres autors els que varen fer açò.

Des de llavors, s'han propost vàries teories en el marc de la SVT. Totes compartixen l'idea principal pero es diferencien en com deurien ser l'estructura i les propietats del superfluit de fondo. S'estan investigant independentment totes estes teories en absència de senyes observacionals que puguen descartar algunes.

Relació en atres conceptes i teories

Simetria de Lorentz i galileanas

D'acort en les senyes, s'assumix que el superfluit de fondo és essencialment no-relativístico a on la simetria de Lorentz no és una simetria exacta de Natura sino una descripció aproximada vàlida solament per a chicotetes fluctuacions. Un observador que es trobe dins de tal buit i siga capaç de crear o medir chicotetes fluctuacions les observaria com a objectes relativísticos - a menos que la seua energia i moment foren suficientment alt per a fer detectables les correccions de ruptura de Lorentz. Si estes energies i moments estan per baix del llímit d'excitació llavors el superfluit de fondo es comporta com un decorregut ideal, per lo tant, els experiments tipo Michelson-Morley no observarien una força d'arrastre de dit éter. També, els models en simetria de Lorentz són òbviament una bona aproximació en eixe cas. No obstant, en les rodalies del llímit la descripció relativista comença a fallar: per supost, quan un s'aproxima a escales d'energia més i més altes es pot amprar encara la descripció relativista com a efectiva, pero el preu serà que es torna més "efectiva" pero menys natural des de que es necessita ajustar la forma covarianza de camp teòric a mà.

Més allà, en la teoria de la relativitat, la simetria galileana (pertinent en el nostre món macróscopico no-relativiste) s'alça com la més aproximada - a on les velocitats de partícules són chicotetes comparades en la velocitat de la llum en el buit. En la SVT no fa falta anar a través de la simetria de Lorentz per a obtindre la galileana - es coneix que les relacions de dispersió de la majoria de superfluits obedixen un comportament no-relativiste en grans moments.

En resum, les fluctuacions d'un buit superfluit es comporten com a objectes relativistes en "menuts" moments (el llímit "fònic")

$E^2\propto |\overrightarrow{p}{|}^2$

i com els no-relativistes

$E\propto |\overrightarrow{p}{|}^2$

en moments grans. Es creu que l'encara desconeguda física no trivial serà trobada en alguna part d'estos dos règims.

Teoria quàntica relativista de camps

En la teoria quàntica relativista de camps s'assumix que el buit físic és un mig no-trivial en el qual es pot associar certa energia. Açò es deu a que el concepte d'espai absolutament buit (o "buit matemàtic") contradiu els postulats de la mecànica quàntica. D'acort en la teoria cúantica de camps, inclús en absència de partícules reals, el fondo està sempre ple de parells de partícules virtuals que es creen i aniquilen. No obstant, un intent directe de descriure tal mig nos du a les cridades divergències ultravioletas. En alguns models de la teoria quàntica de camps, com l'electrodinàmica quàntica, poden resoldre's estos problemes usant la tècnica de renormalización, és dir, reemplaçant els valors físicament divergents pels seus valors obtinguts experimentalment. En atres teories, com la relativitat general quàntica, este truc no servix, i per tant no es pot construir una teoria de destorbament fiable.

D'acort en la SVT, açò es deu al règim d'alta energia ("ultravioleta") en el que la simetria de Lorentz comença a fallar, com s'ha mencionat dalt, per lo tant les teories basades en ella no poden ser considerades com a vàlides per a totes les escales d'energies i moments.

Espai-temps curve

D'acort en la relativitat general, l'interacció gravitatoria es descriu en térmens de la curvatura del espai-temps usant el formalisme matemàtic de la geometria de Riemann. Numerosos experiments i observacions en el règim de baixes energies avalen este fet. No obstant, els intents de cuantizar la relativitat general duen a varis problemes sérios; per tant, l'estructura microscòpica de la gravetat permaneix encara desconeguda. Pot ser que existixca una raó fonamental per a això - els graus de llibertat de la relativitat general es basen en uns que podrien no ser del tot correctes, sino únicament aproximats i efectius. La qüestió de si la relativitat general és una teoria efectiva es va plantejar fa molt temps.

D'acort en la SVT, l'espai-temps curve apareix com el modo d'excitació colectiva de chicoteta amplitut del condensado de fondo no relativiste. La descripció matemàtica d'açò és similar a la de l'analogia fluït-gravetat la qual està sent usada també en els models de gravetat anàloga. Per tant, la gravetat relativista és essencialment una teoria d'ona llarga de modos colectius l'amplitut dels quals és chicoteta comparada en la del fondo. Sense este requeriment la descripció de gravetat espai-curva en térmens de la geometria de Riemann es torna incompleta o mal definida.

Constant cosmológica

La noció de la constant cosmológica solament té sentit en una teoria relativista, ademés, dins del marc de la SVT esta constant pot referir-se a casi tota l'energia de chicotetes fluctuacions del buit sobre el valor de fondo pero no a l'energia del buit en sí. Per tant, en la SVT esta constant no té cap significat físic fonamental i els problemes relacionats en ella, com la catàstrofe del buit, simplement no ocorren.

Ones gravitacionals i gravitones

D'acort en la relativitat general, l'ona gravitacional típica és:

1. La chicoteta fluctuació de l'espai-temps curve la qual
2. ha segut separada de la seua font i es propaga de manera independent.

La teoria del buit superfluit nos pregunta si un objecte que posseïxca abdós d'estes propietats pot existir en la Naturalea. De fet, d'acort en les investigacions, l'espai-temps curve en sí és una chicoteta excitació colectiva del superfluit de fondo, per lo tant, la propietat (1) significa que el gravitón deu ser de fet la "menuda fluctuació de la chicoteta fluctuació" la qual cosa no sembla un concepte físic robust (com si algú intentara introduir chicotetes fluctuacions en un fonón, per eixemple). Com a resultat, pot ser que no siga només una coincidència que en la relativitat general el camp gravitacional aïllat no tinga un tensor d'energia-impulse ben definit, només té el pseudotensor. Per tant, la propietat (2) no pot ser completament justificada en una teoria en simetria de Lorentz exacta com lo és la relativitat general. Encara que la SVT no prohibix a priori l'existència de excitació de tipo ona no localisades en el superfluit de fondo, les quals serien responsables del fenomen astrofísic a les que actualment se'ls atribuïx a les ones gravitacionals, com el de sistema doble Hulse-Taylor. No obstant, dites excitació no poden ser correctament descrites en el marc d'una teoria relativista completa.

Generació de massa i el bosón de Higgs

Encara que la SVT no prohibix explícitament l'existència de la partícula electrodébil de Higgs, té la seua pròpia idea del mecanisme de generació de massa - les partícules elementals adquirixen massa per l'interacció en el condensado del buit, similar al mecanisme de generació de buits en els superconductorés. Encara que esta idea no és totalment nova, cal tindre en conte l'acostament Coleman-Weinberg relativiste, SVT aporta significat a ruptura de simetria en camps escalares descrivint chicotetes fluctuacions en el superfluit de fondo en lloc d'en una partícula elemental. Açò pot dur a l'impossibilitat de detectar el bosón de Higgs com una partícula elemental de la massa de l'escala electrodébil. Ademés, algunes versions de la SVT favorixen una equació d'ona basada en el potencial logarítmic en lloc d'en la cuártica. El mencionat potencial no solament té forma de capell mexicà, necessària per a la ruptura espontànea de simetria, sino atres característiques que ho fan més adequat per a una descripció del buit.

Teoria de cordes i supersimetría

La Teoria de supercuerdas va ser dissenyada originalment com un conjunt de models de gravetat quàntica Lorentz-covariants que la seua renormalización estava garantisada en assumir simetria superconforme i dimensionalidad més alta com a propietats fonamentals de l'espai-temps. La teoria postula que alguns objectes estesos són més fonamentals que les partícules puntuals. Se sap que la teoria de cordes té varis problemes, ni mencionar que la formulació no-perturbativa encara està pendent.

D'acort en la SVT la teoria de gravetat quàntica, com moltes atres teories que coneixem, no té que ser renormalisable ni vàlida a totes les escales. En lloc d'això, els models SVT tenen l'escala en llímit ultravioleta que es determina en l'energia del buit i la corresponent escala - talque totes les computació pràctiques contindran necessàriament este llímit finito. Ademés, mentres que la simetria de Lorentz siga només una aproximació en la SVT, la principal motivació per a introduir la supersimetría exacta fonamental desapareix també. En el problema d'extensió, l'objectiu de la teoria és tindre un característica de tamany no zero derivada dels principis de la mecànica quàntica en lloc dels matemàticament postulats des del principi - per a aixina ser capaç de respondre les preguntes físiques tals com, per eixemple, que és l'estructura microscòpica d'un "objecte estés", ya siga cuerdo o brana o una atra cosa, esta "fet d'alguna cosa". D'una atra forma tal objecte estés pot ser considerat solament com una descripció efectiva i aproximada d'un fenomen real.

Vore també

• Gravetat anàloga
• Mètrica acústica
• Condensado de Bose-Einstein
• Buit de Casimir
• Radiació de Hawking
• Gravetat induïda
• Escala de Planck
• Unitats de Planck
• Gravetat de Hořava–Lifshitz
• Gravetat quàntica
• Món quàntic
• Macrocosmo i microcosmo
• Forat negre sónico
• Energia del buit