Schleifenquantengravitation (LQT) - ein progressiver neuer theoretischer Ansatz oder eine Sackgasse ?

[kirk11]

Hi,

zumindest an diesem Forum ist dieser relativ neue theoretische Ansatz bisher weitestgehend spurlos vorübergegegangen, soweit ich das mitbekommen habe.

Grundinformationen dazu können sich Interessierte über Google, Wikipedia, etc. beschaffen - das Angebot ist reichlich.

Starten möchte ich mit einem Artikel, bei dem die Schleifenquantengravitation - zumindest vordergründig - nur eine untergeordnete Rolle spielt.

Black Hole Evolution Traced Out with Loop Quantum Gravity

Loop quantum gravity—a theory that extends general relativity by quantizing spacetime—predicts that black holes evolve into white holes.

physics.aps.org

von

Carlo Rovelli – Wikipedia

de.m.wikipedia.org

Der Inhalt ist selbst für mich ziemlich 'steil', eine eigene Bewertung möchte ich deswegen - zumindest vorerst - nicht vornehmen, auch weil ich diesen noch nicht näher analysiert habe.

 

[kirk11]

'Neu' im Zusammenhang mit der Schleifenquantengravitations-Theorie ist relativ zu sehen:

Bereits Anfang der 1970er Jahre schlug Roger Penrose Spin-Netzwerke für eine Theorie der Quantengravitation vor. Die eigentliche Entwicklung der Theorie setzte mit Arbeiten von Abhay Ashtekar, Lee Smolin und Carlo Rovelli Mitte bis Ende der 1980er Jahre ein...

Aus: Wikipedia

 

[kirk11]

Hi,

eine Passage aus Wikipedia möchte ich dann doch noch zitieren, um einen wesentlichen Aspekt der Schleifenquantengravitation kurz darzustellen:

Durch die Schleifenquantengravitation wird der Raum als dynamisches quantenmechanisches Spin-Netzwerk beschrieben, das durch Diagramme aus Linien und Knoten anschaulich darstellbar ist. Eine Konsequenz aus dieser Theorie wäre die Quantisierung von Raum und Zeit im Bereich der Planck-Länge (ca. 10−35 m) bzw. Planck-Zeit (ca. 10−43 s). Auf Skalen in diesen Größenordnungen werden alle Phänomene der Physik, einschließlich der Gravitation und der Geometrie, nicht mehr als Kontinuum, sondern quantisiert beschrieben.

 

[kirk11]

Der von der Schleifenquantengravitation verwendete Ansatz, den Zusammenhang Schwarzes/Weißes Loch zu erklären, finde ich schon faszinierend.

Bis jetzt hatte ich WL als reelen Faktor in unserem Universum weitesgendst ausgeschlossen.

Schlicht deswegen, weil sich über Milliarden Jahre stabile SL und WL ausschließen würden.

Wenn aber die Herausbildung eines WL innerhalb eines SL (fast) spontan erfolgen würde, un 'Außenzeit' gemessen allerdings in Milliarden von Jahren, dann bringt das einen grundsätzlich neuen, interessanten Aspekt ein.

 

[Rainer-Raisch]

Herausbildung eines WL innerhalb eines SL

Wenn das Innere eines SL abstoßend wirkt, so dass die Masse/Energie an seiner Oberfläche bleibt, dann kann man den Innenraum ein WL nennen. Natürlich kommt da nichts aus dem Nirvana, sondern nur verirrte Teilchen werden wieder herausgedrückt.
Ein WL eo ipso halte ich für ein Hirngespinst, auch wenn es die Feldgleichungen erfüllt. Allein die benötigten Ingredientien sind nicht real. Es gibt auch gar keine Quelle, die es speisen würde, womit sich bereits die Frage nach seiner Entstehung gar nicht mehr stellen kann.

 

[kirk11]

Hallo Rainer,

aus Deinem Beitrag werde ich nicht wirklich klug - es wirkt auf mich, als ob Du den relevanten Artikel (oberhalb verlinkt) gar nicht gelesen hättest.

Die 'Ingredenzien' des WL ist nach dem vorliegenden theoretischen Ansatz natürlich das SL, detto woraus es sich speist.

Dass so ein 'überdichtes' Konstrukt wie ein SL nicht auf ewige Zeiten stabil ist, würde ich jetzt nicht für so überraschend halten.

PS: Es ist ein Thread zum Thema 'Schleifenquantengravitation', deswegen sollte das bitte in den Posts auch berücksichtigt werden - sonst wird das mal wieder so eine Tutti-Frutti-Geschichte privater Meinungsäußerungen.

 

[Rainer-Raisch]

es wirkt auf mich, als ob Du den relevanten Artikel (oberhalb verlinkt) gar nicht gelesen hättest.

Das ist richtig, allein schon, weil ich mit LQG nichts am Hut habe.
Ich habe auch kein Wort zu dem Artikel gesagt.

Dass so ein 'überdichtes' Konstrukt wie ein SL nicht auf ewige Zeiten stabil ist, würde ich jetzt nicht für so überraschend halten.

Herkömmlich steht dem nur die Hawkingstrahlung entgegen.

Bis jetzt hatte ich WL als reelen Faktor in unserem Universum weitesgendst ausgeschlossen.

Wir beobachten "unzählige" SL und kein einziges WL. Dabei wären WL deutlich einfacher zu beobachten.

Wenn aber die Herausbildung eines WL innerhalb eines SL (fast) spontan erfolgen würde, un 'Außenzeit' gemessen allerdings in Milliarden von Jahren, dann bringt das einen grundsätzlich neuen, interessanten Aspekt ein.

Die Zeit bleibt von außen gesehen am rs still stehen. Im Inneren vergeht sozusagen noch weniger Zeit.

 

[kirk11]

Hi,

ich weiß jetzt nicht, was genau Du Dir unter einem WL vorstellst.

Es ist aber wohl eher ein Ereignis als ein (stabiler) Himmelskörper.

Es ist quasi die Austrittspforte für die Energie der SL, welche 'reif' geworden sind.

Die LQG bringt WL jedenfalls in direkte Verbindung mit bestimmten Fast Radio Bursts.

Man mag das zwar als ziemlich wilde Spekulation abtun, allerdings sind 'Fast Radio Bursts' per se nichts nur Hypothetisches.

 

[Rainer-Raisch]

'Fast Radio Bursts'

Wie schon "fast" sagt, sind es schnelle also ganz kurze Ereignisse (einige Millisekunden). Stell Dir vor, ein "reifes" SL würde sich durch ein WL in unser Universum "ergießen", dann wären sowohl Energie als auch Zeitdauer in keiner Weise mit diesen vergleichsweise Miniereignissen zu vergleichen.

wiki:
Unter der Annahme einer Entfernung von einem Gigaparsec ergibt sich eine freigesetzte Energie in der Größenordnung von 10³³ J

Dies entspricht einer Masse von
m = E/c² = 1,112e+16 kg = 5.59e-15 Mo
eine absolut lächerliche Menge wenn es um ein WL ginge, das ein "reifes" SL ausspuckt.

 

[kirk11]

Hi!

Die Erforschung von FRBs ist noch lange nicht abgeschlossen.

Siehe z.B.

"...
This one is weird. FRB 20121102A isn’t a one-time burst. It repeats. When it was discovered in 2012, it was the only known repeating FRB, though now there are dozens of others (in fact, there is a hypothesis gaining steam among some corners of the astronomical community that all FRBs repeat, eventually – but take that theory with a grain of salt for now).

Repeating isn’t what makes FRB 20121102A weird, however. What makes it weird is that ‘repeating’ is an understatement: it practically bursts continuously, with a level of activity well beyond anything that could be produced by a magnetar – at least, any magnetar we’ve ever seen..."

aus

Top five weirdest fast radio bursts | PI News

perimeterinstitute.ca

Außerdem glaube ich nicht, dass von 'Fast' 'Kurz' unbedingt die sinngemäß beste Übersetzung ist.

 

[kirk11]

Hier noch die originale Textpassage zum zuletzt diskutiertem Thema:

"...It is not implausible that empirical observations could support this scenario. Models suggest that several observed astrophysical phenomena could be related to the black-to-white-hole transition [8]. Among these are fast radio bursts (FRBs) and certain high-energy cosmic rays. Both could be produced by matter and photons that were trapped in black holes produced in the early Universe and liberated by the black-to-white-hole transition. For the moment, however, the astrophysical data are insufficient to determine whether the statistical properties of observed FRBs and cosmic rays confirm this hypothesis [8]. Another intriguing possibility is that small holes produced by the black-to-white-hole transition may be stable: in which case, these “remnants” could be a component of dark matter [9]..."

 

[holger_merlitz]

Ich erinnere mich noch, wie die LQG vor etwa 20 Jahren für einige Aufregung sorgte, als sie eine Dispersion des Lichts im Vakuum vorhersagte. Es folgten später Messungen mit dem Fermi Gamma-ray Teleskop, in denen solch eine Dispersion nicht bestätigt werden konnte. Danach ist im Bereich LQG eigentlich nicht mehr viel passiert, und ich halte die Theorie inzwischen für eine Sackgasse.

Viele Grüße,
Holger

 

[kirk11]

Hi,

der Artikel ist von 2018 und es geht um ein ganz anderes Thema.

Wenn sich das erhärtet ließe, dann wäre das m.E. ein erheblicher Fortschritt im Verständnis von SL.

Wenn z.B. (hypothetisch) ein frühes stellares SL mit 3 Sonnenmassen so einen Prozess durchlaufen würde, dann ließen sich damit einhergehende Energieausbrüche / Strahlungen auf der Erde allerdings kaum großartig nachweisen / messen.

Was noch fehlt, ist ein Name für so eine (theoretische) Kombi von SL und WL:

Zebra-Loch fände ich z.B. nicht so schlecht...

 

[holger_merlitz]

Ja, wenn es wirklich so sein sollte, und wenn man dieses SL -> WL Phänomen dann mit bestimmten 'Fast radio bursts (FRBs)' in Verbindung bringen könnte, dann wäre das allerdings ein echter Fortschritt. Eine physikalische Beschreibung der sog. 'Singularität' im SL steht noch aus, und wenn die LQG das schafft und die Thesen dann auch irgendwie geprüft werden könnten, dann wäre das cool. Momentan ist es halt so, dass man nichts davon, was hinter dem Ereignishorizont stattfindet, nachprüfen kann, und man kann dann natürlich auch jede Menge an Thesen aufstellen und Formalismen entwickeln, die die Vorgänge da tief im SL angeblich beschreiben sollen.

Nehmen wir zur Kenntnis, dass Ashtekar, Olmedo und Singh da etwas gerechnet und auch ein Ergebnis erhalten haben. Immerhin. Um das zu einem glaubwürdigen Modell ausbauen zu können, müssen dann möglichst konkrete Vorhersagen für Messungen folgen, so wie vor 20 Jahren mit der Dispersion des Lichts, und dann müssen wir schauen, was dabei rauskommt.

Viele Grüße,
Holger

 

[P_E_T_E_R]

Man könnte ja mal in einen Chat von Koryphäen aus der String Community reinhören, um ein Gefühl für den Stand der Forschung von Quanten Gravity im allgemeinen zu bekommen:

ICTP-SAIFR Strings 2021 (YouTube 01:34:25 h, topical chat starts at 00:04:30)

Der Chat wurde von David Gross gehostet und fand wie die gesamte Konferenz wegen Corona als gezoomte Begegnung statt.

Und was LQG betrifft, das wird überhaupt erst ab 01:23:30 auf eine externe Anfrage und auch nur ganz kurz erwähnt!!!

Von daher bekomme ich den Eindruck, dass LQG von der Community der String-Leute nicht ganz ernst genommen wird.

Gruß, Peter

_____________________________________________________________________________
Strings 2021 (*)

(*) All sessions were recorded and are available at the Youtube daily links.

 

[holger_merlitz]

Das hat allerdings Tradition, dass die String- und die LQG-Leute einander über Kreuz sind. Man erinnere sich an Lee Smolin (einem LQG-Vertreter) und dessen Buch "The trouble with physics, the rise of string theory ..." und all die Keilereien, die folgten.

Ich finde, Leonard Susskind (ein Stringtheoretiker) beurteilt die ganze Situation nüchterner. Er sagte, die Stringtheorie sei momentan zwar in einer Sackgasse, aber dennoch der vielversprechendste Ansatz, der irgendwann mal das Standardmodell und die Gravitation zusammenbringen könnte. Unter all den anderen Zugängen zur Quantengravitation sei die LQG der Einzige, der tatsächlich ein paar kreative Ideen verknüpft hat und auch schon mal Ergebnisse erzielen konnte.

Es ist OK, dass Rovelli und ein paar weitere Vertreter noch weiter an der LQG Theorie herumrechnen. Ich erwarte hier nicht viel, aber klar, die Wissenschaft ist nicht dazu da, um Erwartungen zu erfüllen

Viele Grüße,
Holger

 

[Rainer-Raisch]

Ich finde, Leonard Susskind (ein Stringtheoretiker) beurteilt die ganze Situation nüchterner. Er sagte, die Stringtheorie sei momentan zwar in einer Sackgasse, aber dennoch der vielversprechendste Ansatz, der irgendwann mal das Standardmodell und die Gravitation zusammenbringen könnte. Unter all den anderen Zugängen zur Quantengravitation sei die LQG der Einzige, der tatsächlich ein paar kreative Ideen verknüpft hat und auch schon mal Ergebnisse erzielen konnte.

Lenny hat zuletzt gesagt, dass die Stringtheorie am Ende ist, sie ist allerdings eine theoretische Leistung, QM und ART überhaupt zu vereinen.

The Crisis in String Theory is Worse Than You Think | Leonard Susskind

In today's episode, we are joined by Leonard Susskind, the renowned theoretical physicist often called the "Father of String Theory," who has profoundly shap...

youtu.be

 

[holger_merlitz]

Das 'am Ende' klingt mir ein bisschen zu akzentuiert, und ich bin sicher, dass weder Susskind noch andere aktive Forscher an der Stringtheorie die Situation so bewerten. In der gegenwärtigen Ausführung scheint die Stingtheorie in einer Sackgasse zu sein, aber es ist anzunehmen, dass eine zukünftige erfolgreiche Theorie der Quantengravitation viele Elemente der Stringtheorie enthalten wird. Susskind meinte eher, dass man noch einmal einen Schritt zurücktreten müsse, um zu bewerten, an welcher Stelle die Entwicklung der Theorie in die falsche Richtung abgebogen sein könnte. Manche schlagen vor, die Supersymmetrie wegzulassen (die moderne Stringtheorie ist eine Theorie der Superstrings, die bestimmte, experimentell nicht verifizierte Symmetrien aufweisen). Da man nicht sicher sein kann, dass es die Supersymmetrie wirklich gibt, muss man weiter ausloten, wie eine Stringtheorie ohne solche Beschränkungen aussehen würde. Leider scheint es, dass dann alles noch viel schwieriger werden dürfte, aber klar, einfache Lösungen hätte man längst gefunden. Es besteht die Hoffnung, dass die Astrophysik und die Kosmologie in den kommenden Jahrzehnten viele neue Daten zur Entwicklung des Universums liefern werden, die dann auch neue Rückschlüsse über den Urknall zulassen werden, und hieran könnten Theorien zur Quantengravitation gemessen werden. Wir werden Geduld brauchen, und ja, im Gegensatz zu Frau Hossenfelder bin ich davon überzeugt, dass größere Beschleuniger nützlich wären

Viele Grüße,
Holger

 

[Rainer-Raisch]

Das 'am Ende' klingt mir ein bisschen zu akzentuiert, und ich bin sicher, dass weder Susskind

We live in the wrong kind of world to be described by string theory. I can tell you with absolute certainty that it is not the real world that we live in. So we need to start over!

STRING THEORY HAS FAILED.

Er sagt schon, dass eine Generalisierung ohne Supersymmetrie vlt ein besserer Ansatz wäre, aber soetwas haben wir nicht, und so gut wie niemand sucht danach.

 

[Ursus corpulentus]

I can tell you with absolute certainty that it is not the real world that we live in.

Holy cow!
I always knew it ...

 

[hhh]

Möglichkeiten abseits von Stringtheorie und Schleifenquantengravitation gibt es viele. Vielleicht geht es sogar ohne Quantengravitation. Etwa mit der Idee von Jonathan Oppenheim, salopp formuliert klassische Raumzeit + Zufall.

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.13.041040

Tatsächlich wären hier schon in absehbarer Zeit Experimente auch praktisch durchführbar, welche diese Theorie widerlegen oder unterstützen.

 

[kirk11]

Hi,

der Weg mittels hochkomplexer mathematischer Modelle noch einen entscheidenden Schritt vorwärts zu kommen, scheint mir z.B. in Bezug auf die Stringtheorie bisher nicht so sonderlich erfolgreich gewesen zu sein.

Ich denke, dass die ersten Schritte wesentlich 'profaner' sein können.

Z.B. das tatsächliche Verhältnis/Wechselwirken von Materie/Energie und Raumzeit sowie die Natur/Struktur der Raumzeit grundsätzlich zu durchschauen.

Die Quantisierung der Raumzeit - wie es die Schleifenquantengravitation versucht - könnte diesbezüglich ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung sein.

Erst wenn diese Ansätze wirklich stimmen, wird mE dann eine mathematisch-physikalische Ausformulierung zu den Fortschritten führen können, welche man sich schon lange erhofft.

 

[P_E_T_E_R]

Die Quantisierung der Raumzeit - wie es die Schleifenquantengravitation versucht - könnte diesbezüglich ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung sein.

Das sind doch nur wilde Spinnereien ohne irgend einen fundamentalen theoretischen oder empirischen Grund.

Als Planck das Wirkungsquantum einführte, gab es dafür sehr wohl gute Gründe, nämlich die Erklärung und Harmonisierung der bekannten Strahlungsgesetze von Stefan-Boltzmann, Rayleigh-Jeans, und Wien. Auch für die Relativitätstheorien gab es gute Gründe, nämlich die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Experiment von Michelson u. Morley und die empirische Äquivalenz von gravitativen Kräften und solchen unter beschleunigter Bewegung.

Es gibt ja weiß Gott genügend wohlbekannte und bislang unverstandene Rätsel in der Physik der Elementarteilchen und in der Astrophysik. Aber damit befassen sich diese Spinner gar nicht!

Peter

 

[Rainer-Raisch]

Die Quantisierung der Raumzeit

Die Raumzeit ist nicht quantisiert, da hilft dann auch keine Quantisierung.
Es ist lediglich so, dass eine Planckgröße der Beobachtung entzogen ist, erst daraus ergibt sich eine Pixelung der Beobachtung.
Aber die Elementarteilchen weisen ohnehin einen größeren Comptonradius auf.
Es mag allenfalls sein, dass WW an bestimmte Resonanzabstände gebunden sind.
Aber die Raumzeit ist deshalb noch lange nicht quantisiert.

 

[h_c_greier]

Der wohl erfolgloseste Physiker des zwanzigsten Jahrhunderts dachte sich schon als Schuljunge eine Theorie aus, die er "Absolutitätstheorie" nannte. In ihr sollte das Licht immer die gleiche Geschwindigkeit haben, unabhängig vom Beobachter. Als er das seinen Schulkameraden erzählte, lachten sie schallend, denn wie soll das Licht denn wissen, wie schnell der Beobachter ist? Und wie soll es bei tausend Beobachtern gleichzeitig tausend Geschwindigkeiten haben? Doch sein Schulkamerad Albert stahl ihm das Heft mit der Theorie, benannte sie um (sie hieß jetzt "Relativitätstheorie") und wurde später berühmt damit.

Beim Physik-Studium suchte Ranseier nach einer Formel, mit der er das Verhalten der subatomaren Teilchen beschreiben wollte. Er nannte sie "Ranseiersche Strömungsgleichung", doch die Fachwelt kümmerte sich nicht um sie, denn was soll denn innerhalb der Atome fließen? Als aber sein Kollege Erwin Schrödinger die Formel sah, benannte er sie um und nannte sie "Wellen-" statt Strömungsgleichung, ohne sonst an ihr was zu verändern. So wurde Schrödinger berühmt.

Schließlich schlug Ranseier vor, zur Erklärung der beiden Kernkräfte den Raum mit 25 statt mit drei Dimensionen auszustatten. Die Fachwelt hatte nur Spott und Hohn für ihn, denn ein Raum kann nicht mehr als drei Dimensionen haben, sonst wären die Naturgesetze völlig anders. Als aber dann Schwartz und Green die gleiche Idee veröffentlichten und meinten, die Zusatzdimensionen wären sozusagen beinahe gar nicht, aber irgendwie halt doch vorhanden, wurde sie akzeptiert und als "String-Theorie" berühmt.

Karl Ranseier starb an einem Herzinfarkt, als er die Weltformel endlich entdeckt hatte und zu Papier brachte. Weil aber das Papier von seiner Putzfrau weggeworfen wurde, sucht die Fachwelt immer noch danach.

cs,
harald

--

 

[47Tau]

Harald,
ich habe noch seine letzten Worte im Ohr:
"Seine letzten Worte waren: Bei meinem Tod ist es 10 Uhr 27 Minuten und 40 Sekunden."

 

[kirk11]

Die Raumzeit ist nicht quantisiert, da hilft dann auch keine Quantisierung.
Es ist lediglich so, dass eine Planckgröße der Beobachtung entzogen ist, erst daraus ergibt sich eine Pixelung der Beobachtung.
Aber die Elementarteilchen weisen ohnehin einen größeren Comptonradius auf.
Es mag allenfalls sein, dass WW an bestimmte Resonanzabstände gebunden sind.
Aber die Raumzeit ist deshalb noch lange nicht quantisiert.

Hi,

ein paar wirr zusammengewürfelte Statements (Dein üblicher Stil halt) beweisen genau...was?

Natürlich ist die Raum-Quantisierung / Zeit-Quantisierung keine ausgemachte Sache, nur weil das die Schleifenquantengravitations-Theoretiker so sehen.

Aber da arbeite(te)n jedenfalls (Astro-)Physiker mit (angefangen mit Penrose), von dessen Wissen und Erfahrung Du nur träumen kannst.

 

[Rainer-Raisch]

Aber da arbeite(te)n jedenfalls (Astro-)Physiker mit (angefangen mit Penrose), von dessen Wissen und Erfahrung Du nur träumen kannst.

Lass sie ruhig arbeiten, meine Prognose gilt auch nur, bis das Gegenteil nahegelegt wurde.

 

[h_c_greier]

In the beginning there was Aristotle,
And objects at rest tended to remain at rest,
And objects in motion tended to come to rest,
And soon everything was at rest,
And God saw that it was boring.

Then God created Newton,
And objects at rest tended to remain at rest,
And objects in motion tended to remain in motion,
And energy was conserved and momentum was
conserved and matter was conserved,
And God saw that it was conservative.

Then God created Einstein,
And everything was relative,
And fast things became short,
And straight things became curved,
And the universe was filled with inertial frames,
And God saw that it was relatively general,
but some of it was especially general.

Then God created Bohr
And there was the principle,
And the principle was quantum,
And all things were quantified,
But some things were still relative,
And God saw that it was confusing.

Then God was going to create Ferguson,
And Ferguson would have unified,
And he would have fielded a theory,
And all would have been one,
But it was the seventh day,
And God rested,
And things at rest tend to remain at rest.

 

[kirk11]

Hi,

nach der Urknalltheorie sind Energie und die Raumzeit zeitgleich und (praktisch) am selben (winzigen) Ort entstanden.

Allein schon deswegen ist es eher naheliegend als abwegig oder exotisch, dass sich daraus auch strukturelle Ähnlichkeiten entwickelt haben.

Energie / Materie war / ist halt immer das große Forschungsthema, während man das von der Raumzeit nicht gerade behaupten kann.

Maximal indirekt, in ihrer Auswirkung / Wechselwirkung auf / mit Energie / Materie.