Holografisk gravitasjon?

[mysan]

Den teoretiske utviklingen av gravitasjonen begynte med Newton. Han forstod at fallende epler og planetenes baner ble utsatt for den samme kraften, og beskrev følgene av denne kraften. Han hadde dog ingen forklaring på hva gravitasjon egentlig er.

Einstein tok et helt nytt grep på gravitasjonen og beskrev den som at romtiden bøydes rundt en masse. Jo større masse, desto mer deformert ville romtiden bli.

Nå er en nederlandsk forsker, Erik Verlinde, på banen med en teori som sier at gravitasjonen ikke er en grunnleggende kraft, men noe som oppstår når mange partikler samvirker.

Betrakter man universet som holografisk, at fysikken vises på todimensjonale overflater eller skjermer, så er det partiklenes sammenlagte entropi som vises. Dette leder til krefter mellom holografiske overflater.

Via forfinede målemetoder i slutten av 1800-tallet og begynnelsen av 1900-tallet begynte man å finne avvik mellom Newtons gravitasjonsteori og planetenes baner.

Her kom Einstein på banen. Han klarte å sammenstille en gravitasjonsteori som forente hans egne relativitesteori med Newtons gravitasjon, og resultatet ble en teori som endret bilde av universet for all tid.

Det var dog et stort problem med Einsteins teori - den måtte kobles sammen med resten av kreftene i universet; elektromagnetismen, den svage kjernekraften og den sterke kjernekraften.

Gjennom banebrytende arbeid under siste halvdel av 1900-tallet lykkedes forskere å sammenføre teoriene av de tre fundamentale kreftene til det som kalles standardmodellen i fysikk. Denne modellen beskriver alle partikler i universet og deres ulike krefter - bortsett fra gravitasjonen som er en irriterende sak som ikke vil innordne seg i den prydlige modellen.

Forskere er nå kanskje på sporet av løsningen. En ny hypotese som har fått oppmerksomhet i forskerverdenen omformulerer problemet med gravitasjonen. I stedet for å lete etter en fungerende beskrivelse av gravitasjonen som en kraft hos adskilte partikler, så ser man det som en kraft som oppstår når mange partikler samvirker. I såfall er gravitasjonen ikke en fundamental kraft, men mer noe som ligner trykket i en gass.

Verlindes tanke er at universet består av skjermer, eller overflater, der de opplevde omgivelsene egentlig bare er informasjon på den nærmeste overflaten. Disse skjermene, eller overflatene er ikke områdebegrenset, ikke laget av glass eller annet vi forestiller oss når vi bruker ord som skjerm eller overflater, men må betraktes som virtuelle skjermer som man uhindret kan passere gjennom og røre seg i. Alt vi ser er en del av en skjerm, de dekker alt vi ser.

Stephen Hawking og Jacob Bekenstein var pinoeerer på dette området på 1970-tallet, men det er først i de senere år at denne teorien har fått gjennomslag og har kunnet appliseres på hele universet.

Som alltid når det gjelder fysikalske teorier skal man være forsiktig med å dra langtgående sluttsatser om hvordan virkeligheten egentlig er - "på ordentlig". Alle teorier er igrunnen modeller som gjør virkeligheten begripelig for oss, men ikke nødvendigvis noen grunnleggende sannhet.

Kilde: Allt om vetenskap, skrevet av Joakim Munkhammar, vitenskapskonsulent som har skrevet flere vitenskapelige artikler innen både fysikk og matematikk.

Denne artikkelen er atskillig lenger enn det lille sammendraget jeg har laget her, men jeg finner Verlindes teori spennende og interessant.

Noen synspunkter?

Her er noe av det som kommer opp om ham på google.

[Optimist6]

Interessant teori, spennende med en ny vri på saken....

Gjør en liten research på Erik nå...

[Cata]

Betrakter man universet som holografisk, at fysikken vises på todimensjonale overflater eller skjermer, så er det partiklenes sammenlagte entropi som vises. Dette leder til krefter mellom holografiske overflater.

Og der ramla jeg av lasset totalt. (Jeg var aldri flink i fysikk.) Betyr det i "oversatt språk" at kreftene virker som om de var i et plan (todimensjonalt) og så legger man flere slike "kraftplan" oppå hverandre for å uttrykke hvordan kreftene virker i rommet?

Eller er jeg helt på bærtur i den tolkningen?

(Kom med teskje, værsåsnill?)

[ilcrappo]

Denne artikkelen er atskillig lenger enn det lille sammendraget jeg har laget her, men jeg finner Verlindes teori spennende og interessant.

Noen synspunkter?

Her er noe av det som kommer opp om ham på google.

Påstanden hans er egentlig tofoldig. For det første så påstår han at rommet selv ikke er en fundamental enhet, men at det framkommer som en konsekvens av termodynamikken. Ut i fra dette påstår han videre at newtonsk gravitasjon kan utledes via et holografisk prinsipp uten referanse til noe som forutsetter newtonsk mekanikk (blant annet posisjon og hastighet). Paperet har blitt kraftig kritisert innad i fysikkmiljøet, og Verlinde har tildels blitt slaktet. Det verserer mange argumenter mot antagelsene hans og ikke minst mot påstanden om at hans utledninger ikke forutsetter tradisjonell mekanikk. For en kritisk gjennomgang av paperet kan du lese hva en overraskende diplomatisk Lubos Motl skriver her:

http://motls.blogspot.com/2010/01/gravity-as-holographic-entropic-force.html

For en direkte slakt av teorien (og dens tilhengere ) kan du lese oppfølgingsposten til Motl:

http://motls.blogspot.com/2010/01/erik-verlinde-why-gravity-cant-be.html

[ilcrappo]

Og der ramla jeg av lasset totalt. (Jeg var aldri flink i fysikk.) Betyr det i "oversatt språk" at kreftene virker som om de var i et plan (todimensjonalt) og så legger man flere slike "kraftplan" oppå hverandre for å uttrykke hvordan kreftene virker i rommet?

Eller er jeg helt på bærtur i den tolkningen?

(Kom med teskje, værsåsnill?)

Ikke akkurat. Kreftene virker hele tiden tredimensjonalt. Det holografiske prinsipp går ut på at all relevant fysisk informasjon innenfor et gitt volum kan uttrykkes utelukkende ved kjennskap til informasjon på randen av det nevnte volumet. I scenariet Verlinde skisserer er objektene som kreftene virker mellom tredimensjonale, men disse kreftene kan uttrykkes uten kjennskap til objektene tredimensjonale indre. Man har noe lignende for sorte hull, hvis entropien er bestemt av den todimensjonale horisontene.

[Cata]

Ikke akkurat. Kreftene virker hele tiden tredimensjonalt. Det holografiske prinsipp går ut på at all relevant fysisk informasjon innenfor et gitt volum kan uttrykkes utelukkende ved kjennskap til informasjon på randen av det nevnte volumet. I scenariet Verlinde skisserer er objektene som kreftene virker mellom tredimensjonale, men disse kreftene kan uttrykkes uten kjennskap til objektene tredimensjonale indre. Man har noe lignende for sorte hull, hvis entropien er bestemt av den todimensjonale horisontene.

Ja, jeg skjønner såpass at kreftene i realiteten må være tredimensjonale .

Hvis man tenker litt som i modelleringsverdenen (jeg er ikke god på det heller, nei) så betyr det at man bare ser på grenseflatekreftere mellom elementer i et grid - bare at her er det tredimensjonalt grid?

[ilcrappo]

Ja, jeg skjønner såpass at kreftene i realiteten må være tredimensjonale .

Hvis man tenker litt som i modelleringsverdenen (jeg er ikke god på det heller, nei) så betyr det at man bare ser på grenseflatekreftere mellom elementer i et grid - bare at her er det tredimensjonalt grid?

Tenker du på diskretisering av differensialoperatorer (slik som ved numeriske løsninger av diffligner)? Selv om du betrakter diskrete punkter på overflaten av gridelementet ditt så er problemet fremdeles fullstendig tredimensjonalt. Det vil si at antall punkter du trenger å løse for skalerer som N^3, der N er antall noder i hver retning. Det er ikke tilfelle for et holografisk problem. Her vil all tilstrekkelig informasjon være tilgjengelig på overflaten av volumet uavhengig av størrelsen på volumet. For å bruke eksempelet over, så kan man si at problemet skalerer som N^2 i stedet for N^3.

[Cata]

Tenker du på diskretisering av differensialoperatorer (slik som ved numeriske løsninger av diffligner)? Selv om du betrakter diskrete punkter på overflaten av gridelementet ditt så er problemet fremdeles fullstendig tredimensjonalt. Det vil si at antall punkter du trenger å løse for skalerer som N^3, der N er antall noder i hver retning. Det er ikke tilfelle for et holografisk problem. Her vil all tilstrekkelig informasjon være tilgjengelig på overflaten av volumet uavhengig av størrelsen på volumet. For å bruke eksempelet over, så kan man si at problemet skalerer som N^2 i stedet for N^3.

Skjønner fremdeles ikke bæret. I mitt hode blir det da todimensjonalt og det kan jo ikke stemme? I forrige innlegg så sa du at det fremdeles er tredimensjonalt. Prøver ny innfallsvinkel: er holografiet en todimensjonal projeksjon av en tredimensjonal "gjenstand"? (I dette tilfellet krefter og ikke nødvendigvis en fysisk gjenstand?) Altså noe liknende som når man projiserer en tredimensjonal gitterstruktur ned i planet og får et resiprokt gitter? (Tørker støvet av hjernecelle og gamle fysikkunnskaper.)

[ilcrappo]

Skjønner fremdeles ikke bæret. I mitt hode blir det da todimensjonalt og det kan jo ikke stemme? I forrige innlegg så sa du at det fremdeles er tredimensjonalt. Prøver ny innfallsvinkel: er holografiet en todimensjonal projeksjon av en tredimensjonal "gjenstand"? (I dette tilfellet krefter og ikke nødvendigvis en fysisk gjenstand?) Altså noe liknende som når man projiserer en tredimensjonal gitterstruktur ned i planet og får et resiprokt gitter? (Tørker støvet av hjernecelle og gamle fysikkunnskaper.)

Hele poenget med det holografiske prinsipp er nettopp at et N-dimensjonalt problem kan beskrives fullt ut som et N-1-dimensjonalt problem. Det er egentlig litt mengingsløst å prøve å finne analogier i kjente fysiske problemstillinger, da det er snakk om et postulert prinsipp. Slik holografi er ikke observert i naturen. Opprinnelsen til prinsippet kommer fra strengteorien via rent teoretiske betraktninger. Mot slutten av nittitallet lyktes man å vise at en spesiell form for løsning av strengteorien med fem makroskopiske romlige dimensjoner var dual til en 4-dimensjonal men fundamentalt forskjellig beskrivelse. Selv om det holografiske prinsipp er ganske nytt, så er lignende former for holografi postulert tidligere. Det mest kjente er entropien til sorte hull. Bekenstein og Hawking postulerte allerede på 70-tallet at et sort hulls frihetsgrader var gitt ved a telle frihetsgrader på den todimensjonale flaten definert ved hullets horisont. Denne påstanden danner grunnlaget for blant annet fenomenet Hawkingstråling.

[Cata]

Phu. Takk. Det er åpenbart en grunn til at jeg aldri ble fysiker, -eller matematiker... Tror jeg velger å henge det på "projektsjonsknaggen". Da har jeg i allfall relatert det til noe som jeg en gang skjønte litt av.

Takker for hederlige forsøk på forklaringer, selv om de ikke gikk 100% inn.

[Larsern]

Pføy, gravitasjon eksisterer ikke! Har man noengang 'sett' gravitasjonen?

..den er jo bare en teori.

[Mann 42]

Pføy, gravitasjon eksisterer ikke! Har man noengang 'sett' gravitasjonen?

..den er jo bare en teori.

Nemlig. Alle vet jo at det er FSM som gjør det. Med sine nudlede vedheng. rAmen!

[mysan]

Men for å være litt seriøs igjen etter de to siste postene:

Har man funnet det endelige svaret på hva gravitasjon er, eller er det en grunn til at denne nederlenderen forsøker seg med alternative hypoteser?

Vi vet at gravitasjonen finnes, det ser vi jo hele tiden, men HVA er den?

[ilcrappo]

Men for å være litt seriøs igjen etter de to siste postene:

Har man funnet det endelige svaret på hva gravitasjon er, eller er det en grunn til at denne nederlenderen forsøker seg med alternative hypoteser?

Vi vet at gravitasjonen finnes, det ser vi jo hele tiden, men HVA er den?

Vi har en veldig god beskrivelse av gravitajonen i form av Einsteins generelle relativitetsteori (GR). Grunnen til at man kontinuerlig ser etter utvidelser av denne eller alternative teorier, er at man vet at den nødvendigvis må ha begrenset gyldighet. GR inkluderer ikke kvanteeffekter. Det har riktignok ingen konsekvenser i praksis for teoriens prediktive kraft, da gravitasjon er en veldig svak vekselvirkning, og kvanteeffekter opptrer først ved veldig høye energier. Men når man kommer opp i energier tilsvarende Planck-energien så må man ta hensyn til kvanteeffekter. Da vil man trenge en teori for kvantegravitasjon.

En annen motivasjonsfaktor for å finne en mer generell gravitasjonsteori kommer fra den teoretiske fysikkens "hellige program" program som går ut på å finne én forenet teori som beskriver alle vekselvirkninger i Naturen. Å finne én felles beskrivelse med GR som utgangspunkt for gravitasjonskomponenten har vist seg å være en ekstremt vanskelig oppgave, da GR er en teori som er fundamentalt forskjellig fra teoriene for de øvrige kreftene. GR er en rent geometrisk teori der gravitasjon ikke er en faktisk kraft. I henhold til GR så beveger alle legemer seg fritt uten påvirkning av noen krefter. Grunnen til at legemer påvirker hverandres bevegelser gravitasjonelt er en konsekvens av at de krummer rommet og tiden rundt seg, og dermed vil deres baner gjennom det krumme tidrommet også være krumme. Kvanteteoriene, derimot, har ingen slik geometrisk beskrivelse. Her er det snakk om faktiske krefter som skyldes at de vekselvirkende partiklene utveksler en spesiell type virtuelle partikler (gaugebosoner).

Strengteorien er en kandidat til en slik forenet teori. Den inneholder både GR-beskrivelsen og kvanteteoriene i de relevante grensene av teorien. Problemet er bare at man må enormt opp i energi for å bevege seg ut av disse grensetilfellene, og dermed ha håp for å teste nye prediksjoner.

[mysan]

Takk for svar, Ilcrappo

Noget klokere ble jeg.

[Gjest Nedfall]

Vi har en veldig god beskrivelse av gravitajonen i form av Einsteins generelle relativitetsteori (GR). Grunnen til at man kontinuerlig ser etter utvidelser av denne eller alternative teorier, er at man vet at den nødvendigvis må ha begrenset gyldighet. GR inkluderer ikke kvanteeffekter. Det har riktignok ingen konsekvenser i praksis for teoriens prediktive kraft, da gravitasjon er en veldig svak vekselvirkning, og kvanteeffekter opptrer først ved veldig høye energier. Men når man kommer opp i energier tilsvarende Planck-energien så må man ta hensyn til kvanteeffekter. Da vil man trenge en teori for kvantegravitasjon.

En annen motivasjonsfaktor for å finne en mer generell gravitasjonsteori kommer fra den teoretiske fysikkens "hellige program" program som går ut på å finne én forenet teori som beskriver alle vekselvirkninger i Naturen. Å finne én felles beskrivelse med GR som utgangspunkt for gravitasjonskomponenten har vist seg å være en ekstremt vanskelig oppgave, da GR er en teori som er fundamentalt forskjellig fra teoriene for de øvrige kreftene. GR er en rent geometrisk teori der gravitasjon ikke er en faktisk kraft. I henhold til GR så beveger alle legemer seg fritt uten påvirkning av noen krefter. Grunnen til at legemer påvirker hverandres bevegelser gravitasjonelt er en konsekvens av at de krummer rommet og tiden rundt seg, og dermed vil deres baner gjennom det krumme tidrommet også være krumme. Kvanteteoriene, derimot, har ingen slik geometrisk beskrivelse. Her er det snakk om faktiske krefter som skyldes at de vekselvirkende partiklene utveksler en spesiell type virtuelle partikler (gaugebosoner).

Strengteorien er en kandidat til en slik forenet teori. Den inneholder både GR-beskrivelsen og kvanteteoriene i de relevante grensene av teorien. Problemet er bare at man må enormt opp i energi for å bevege seg ut av disse grensetilfellene, og dermed ha håp for å teste nye prediksjoner.

Hva hvis man finner higgsbosonet. Trenger man strengteorien da?

[ilcrappo]

Hva hvis man finner higgsbosonet. Trenger man strengteorien da?

Higgsbosonet adresserer kun ett aspekt ved partikkelfysikken, nemlig hvordan den underliggende symmetrien til standardmodellen blir brutt slik at partiklene får masse. Strengteori, derimot, er en mer omfattende teori som adresserer mye mer - kanskje så mye som alt! Når folk snakker om strengteori så mener de stort stort sett superstrengteori. Som navnet indikerer så er disse teoriene såkalt supersymmetriske. Supersymmetriske teorier har alle en eller flere Higgskomponenter. Higgsbosoner opptrer derfor naturlig i strengteoriene.