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ループ量子重力

試験面を貫くスピンネットワークの辺にスピン jj を割り当て、そのパンクチャーが寄与する面積を読み、離散スペクトル Aj=8πγℓP2j(j+1)A_j = 8\pi\gamma\ell_P^2\sqrt{j(j+1)} を確かめます。

研究

器具

  • 試験面を貫く辺を持つスピンネットワークの 3D 図
  • 「スピン j ×2」スライダー(半整数ラベル j = ½…4)
  • アニメーションの「一時停止」ボタン
  • モデルが計算した面積 AjA_j の読み出し

手順

  1. スピンラベルごとの面積を読む

    「スピン j ×2」を 1 から 8 へ動かし、各設定でパンクチャー面積を読みます。j と AjA_j の表を作り Aj=8πγℓP2j(j+1)A_j = 8\pi\gamma\ell_P^2\sqrt{j(j+1)} と比べます。j は半整数なのでスライダー値を 2 で割る点に注意します。

  2. 面積準位の間隔を見る

    連続する組の Aj+1/2−AjA_{j+1/2}-A_j を比べます。スペクトルは離散ですが、大きな j では相対間隔が縮むため、巨視的スケールでは面積が連続に見え、古典幾何が復活します。

  3. 面の総面積を導く

    複数の辺が異なるラベル j で同じ試験面を貫くとします。総面積はパンクチャーの和 A=8πγℓP2∑pjp(jp+1)A = 8\pi\gamma\ell_P^2\sum_p\sqrt{j_p(j_p+1)} です。j=1 と j=3/2 の二つのパンクチャーで面積を見積もり、読み値と比べます。

シミュレーション

実験の歴史

1986年、アベイ・アシュテカールは一般相対論を新しい接続変数で書き直し、ループ量子化への道を開きました。カルロ・ロヴェッリとリー・スモーリンは量子重力状態をスピンネットワークで記述し(1988)——ロジャー・ペンローズが1971年に考案した構造——1990年代半ばまでに面積と体積の演算子が離散スペクトルを持つことを証明しました。 結果 Aj=8πγℓP2j(j+1)A_j = 8\pi\gamma\ell_P^2\sqrt{j(j+1)} には第一原理から決まらないイミルジパラメータ γ が含まれ、ベケンシュタイン・ホーキングのブラックホールエントロピーをスピンネットワークで数える際にその値が制約されます。シミュレーションは概念を描くだけで、完全なループ量子重力状態は多くの辺と頂点の複雑な重ね合わせです。

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