Mekanika Kuantum setelah deteksi Gelombang Gravitasi

29

Tentu saja semua orang tahu sekarang tentang deteksi gelombang gravitasi

Tetapi, karena Relativitas Umum dan Mekanika Kuantum tidak cocok , dapatkah kita katakan sekarang bahwa deteksi ini membuktikan bahwa Mekanika Kuantum tidak benar-benar berlaku dan Relativitas Umum memang menang?

Pertanyaan lain: bagaimana kita bisa mengidentifikasi asal-usul riak (katakanlah apakah itu hasil dari ledakan besar atau peristiwa besar lainnya)?

EDIT 16-2-2016

Saya sedang membaca artikel hari ini dan saya pikir saya akan membagikannya di sini; Pada dasarnya mengatakan bahwa tanpa detektor ketiga kita tidak dapat melakukan pelacakan sinyal. Beberapa ilmuwan mencoba cara-cara untuk mengamati cahaya peristiwa langsung setelah pengamatan gelombang tetapi mereka tidak dapat mendeteksi merger hanya karena terlalu jauh atau terlalu samar untuk diamati dengan teknologi kita saat ini.

general-relativity astrophysics gravitational-waves quantum-field-theory Chris Barakat
sumber
7
Itu adalah merger lubang hitam, bukan dari big bang. Gelombang gravitasi purba memiliki panjang gelombang yang lebih panjang, mungkin terlalu lama untuk LIGO,
James K
3
Fisika Quantum dan Relativitas BUKAN teori. Mereka adalah teori pelengkap, dengan relativitas tentang apa yang terjadi pada skala besar, dan kuantum berbicara tentang skala yang sangat kecil. Kontroversi ini adalah tidak ada yang benar-benar tahu bagaimana menyatukan dua fiel ini. Apa yang fisikawan inginkan adalah teori yang dalam satu gerakan lengkap menggambarkan bagaimana semuanya bekerja. Mungkin persamaan elegan atau seperangkat aturan sederhana. Kami bahkan tidak yakin hal seperti itu benar-benar ada, tetapi pasti akan menyenangkan jika itu terjadi, karena teori itu akan menjadi puncak pencapaian ilmiah manusia. Masalahnya, tidak ada yang tahu caranya.
Shayne

Jawaban:

28

Tidak lebih dari pengamatan gelombang cahaya membuktikan mekanika kuantum.

Cahaya memiliki sifat partikel dan gelombang. Pada energi rendah, sifat partikel cahaya sulit dideteksi: gelombang radio terbuat dari foton, tetapi foton gelombang radio individu cukup sulit dideteksi. Saya tidak yakin bahwa kami telah mendeteksi secara langsung setiap foton dengan energi di bawah pita inframerah.

Gelombang gravitasi (mungkin) juga memiliki gelombang dan sifat partikel. Medan gravitasi mungkin terkuantisasi. Tetapi pada frekuensi dan sensitivitas di mana LIGO beroperasi, kuanta individu tidak dapat diukur. Jadi deteksi ini tidak membuktikan kekuasaan GR atas QM.

Jika ada, memahami peristiwa ekstrem seperti merger lubang hitam mungkin mengarah pada pemahaman teoritis tentang sifat kuantum gravitasi.

James K
sumber
Terima kasih atas jawaban Anda, itu benar-benar membantu saya memahami ide itu .. Saya akan menandainya sebagai jawaban dalam beberapa jam untuk memberikan sedikit lebih banyak waktu untuk jawaban lain juga
Chris Barakat
2
@Odin: menunggu pasangan (atau lebih tepatnya sekitar 5, atau 7) hari tampaknya lebih baik daripada hanya beberapa jam, karena para ahli tidak selalu di belakang layar mereka ...
Olivier Dulac
3
Mungkin tidak ada percobaan yang masuk akal yang dapat mendeteksi gravitasi individu. Di sini masuk akal berarti hal-hal seperti "tidak cukup besar untuk runtuh ke lubang hitam", dan "mendeteksi setidaknya satu gravitasi per umur alam semesta". arxiv.org/abs/gr-qc/0601043 Dan acara ini benar-benar tidak dekat dengan tempat Anda mengharapkan gravitasi kuantum. Untuk lubang hitam 30 massa matahari, jari-jari Schwarzschild kira-kira m, tetapi panjang Planck kira-kira 10 - 35 m. 10510-35
Robin Ekman
1
Tentu saja dibandingkan dengan sesuatu seperti tata surya, ini ekstrem: jarak AU dari matahari (yaitu, di sini di bumi), jari-jari kelengkungan berada di urutan 10 12 m, di permukaan matahari sekitar 5 ⋅ 10 8 m. Tetapi gravitasi sangat lemah sehingga Anda masih banyak urutan besarnya dari gravitasi kuantum. (Perhatikan bahwa jari-jari kelengkungan besar = kelengkungan kecil. Bola besar kurang melengkung dari bola kecil.)110125⋅108
Robin Ekman
Ngomong-ngomong, jika ada yang tahu energi dari foton energi terendah yang telah diamati secara langsung atau tidak langsung, saya akan tertarik.
James K
22

Dampak pengukuran ini pada status gravitasi kuantum persis nol.

Pernyataan yang tepat dari ketidakcocokan relativitas umum dan mekanika kuantum adalah bahwa teori medan kuantum relativitas umum tidak dapat direnormalisasi . Renormalizability pada dasarnya berarti bahwa teori tersebut didefinisikan dengan baik di semua skala energi, yang tampaknya seperti permintaan yang masuk akal pada teori fundamental yang diusulkan.

Jadi apa yang kita ketahui adalah bahwa dengan mengambil relativitas umum klasik dan mengukurnya, kita tidak mendapatkan teori fundamental tentang gravitasi kuantum. Ini tidak melakukan apa pun untuk mengesampingkan teori gravitasi quantum yang diusulkan lainnya, misalnya, LQG atau teori string.

Lebih jauh, cara fisika bekerja adalah bahwa teori-teori baru harus direduksi menjadi teori-teori lama dalam domain penerapan teori-teori lama. Apa pun teori gravitasi quantum yang benar, batas energi rendahnya harus dikuantisasi relativitas umum, dan batas klasiknya adalah relativitas umum klasik. Tidak benar bahwa Anda harus memilih antara relativitas umum atau mekanika kuantum.

Jadi pengukuran prediksi relativitas umum klasik ini sama sekali tidak menunjukkan bahwa tidak ada model gravitasi mekanis kuantum. Tidak bisa, karena kita sudah memiliki model gravitasi mekanis kuantum: relativitas umum terkuantisasi. Ini tidak sebagus yang kita inginkan, tetapi itu benar-benar hanya mengesampingkannya sebagai teori fundamental .

Robin Ekman
sumber
2
Situs ini menarik jawaban berkualitas cukup tinggi. Saya mengubah jumlah keseluruhan (dan saya tidak melakukan itu .. hampir saja ..)
javadba
Memang .. jawaban yang sangat cerdas @javadba
Chris Barakat
19

Pertanyaan lain, bagaimana kita bisa mengidentifikasi asal-usul riak (katakanlah jika itu adalah hasil dari big bang atau peristiwa besar lainnya)?

(Saya hanya menjawab bagian dari pertanyaan ini, karena James sudah menjawab bagian utama tentang GR vs QM.)

LIGO telah menghasilkan gambar yang menunjukkan perkiraan terbaik di mana dua lubang hitam itu berada: "Di mana Gelombang Gravitasi Berasal Dari" oleh LIGO

Yang bisa mereka katakan adalah, di suatu tempat di langit selatan. Di masa depan, sebuah jaringan detektor yang lebih banyak akan memungkinkan peristiwa semacam itu untuk ditunjukkan dengan lebih tepat.

Andy
sumber
1
Itu benar-benar luar biasa .. Terima kasih telah berbagi ini
Chris Barakat
1
Hanya satu detektor lagi yang online akan membuat perbedaan besar. Kedua detektor LIGO hanya mampu melokalisasi acara ini ke wilayah 600 derajat persegi. Selama konferensi pers, salah satu ilmuwan menyatakan bahwa setelah detektor Virgo online akhir tahun ini, mereka harus dapat mempersempitnya menjadi satu digit angka persegi. Itu adalah area ruang yang cukup kecil untuk ruang lingkup respon optik yang cepat untuk mensurvei cahaya yang diharapkan dari penggabungan bintang- bintang neutron (paragraf terakhir kesimpulan) .
Dan Neely
1
Jika Anda ingin sedikit lebih banyak detail baru tentang bagian dari pertanyaan itu, periksa hasil edit pada 16-2-2016 @Andy :)
Chris Barakat
1
Kemampuan untuk menemukan sumber harus mendapatkan peningkatan besar lain dalam beberapa tahun sekarang setelah LIGO India telah disetujui oleh pemerintah India .
Chris Mueller
1

Meskipun penemuan kembar Gravitasi Gelombang dan merger Lubang Hitam mungkin tidak mempengaruhi secara langsung status QM, secara tidak langsung mungkin membawa "kejutan" baru Sebagai contoh, dalam tautan ini: http://news.discovery.com/space/weve-detected- gravitasi-gelombang-jadi-apa-160213.htm Mereka berkomentar bahwa: "Untuk beberapa alasan, putaran terakhir dari lubang hitam lebih lambat dari yang diharapkan, menunjukkan bahwa dua lubang hitam bertabrakan pada kecepatan rendah, atau mereka berada dalam konfigurasi tabrakan yang menyebabkan momentum sudut gabungan mereka untuk saling menangkal satu sama lain "Itu sangat aneh, mengapa alam melakukan itu?" Kata Lehner. " Dan komentar terakhirnya adalah: "Teka-teki awal ini dapat diturunkan ke beberapa fisika dasar yang belum dipertimbangkan, tetapi yang lebih menarik dapat mengungkapkan beberapa" baru "atau fisika eksotis yang mengganggu prediksi relativitas umum". Wow! "Mengganggu relativitas umum" adalah cara sopan untuk menyatakan bahwa itu mungkin salah. Jadi mungkin QM mungkin datang untuk menyelamatkan Gen.Relativity daripada sebaliknya.

Francisco Muller
sumber