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Ideen zur Quantengravitation

Jenseits des etablierten Standardmodells der Elementarteilchenphysik und der Allgemeinen Relativitätstheorie, d.h. Quantengravitation, Supersymmetrie und Supergravitation, Stringtheorien...
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Ideen zur Quantengravitation

Beitrag von deltaxp » 27. Mär 2018, 11:03

ich hab mir gestern gerade wieder ein vortrag zu dem Thema [Emergenz von raumzeit aus quantenverschränkung (ER=EPR)] angehört. mittlerweile wird man da schon frecher.
jetzt wird schon von
GR=QM
und
"Gravitation ist die Hydrodynamik der (quantenmechanischen) Verschränkung"

Es werden sogar schon Protokolle zur Überprüfung vorbereitet. Dazu reicht ein normales Labor und Quantencomputer (man braucht nimmt an, man braucht so zwischen 10 und 100 verschränkte Teilchen um die Emergenz der Gravitation aus Verschränkung zu beweisen. s geht dabei nicht um die gravitative Anziehungskraft sondern um die Äquivalenz von Einstein-rosen-brücken und Verschränkung. erster kann man dann über quantenteleportation untersuchen. echt spannendes gebiet auf dem da geforscht wird.

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Ideen zur Quantengravitation

Beitrag von tomS » 27. Mär 2018, 16:44

deltaxp hat geschrieben:
27. Mär 2018, 11:03
ich hab mir gestern gerade wieder ein vortrag zu dem Thema angehört. mittlerweile wird man da schon frecher.
jetzt wird schon von
GR=QM
und
"Gravitation ist die Hydrodynamik der (quantenmechanischen) Verschränkung"
Ich hatte noch nicht die Zeit, das Thema ernsthaft durchzuarbeiten. Ich halte das immer noch für sehr spekulativ - aber wie gesagt, ich muss mich da eigentlich noch mit Aussagen zurückhalten.
Gruß
Tom

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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von deltaxp » 27. Mär 2018, 18:33

hier ist erstmal ein guter übersichtsartikel von der nature

https://www.nature.com/news/the-quantum ... me-1.18797

eine der heutigen Zentralfiguren auf der Forschung ist van Raamsdonk. aber durch die Mathematik steig ich nicht so schnell durch

vorträge:

Raamsdonk
https://www.youtube.com/watch?v=WQU9yOtWrQk

Susskind
https://www.youtube.com/watch?v=9crggox5rbc

das ist ne ganz heisses gebiet. du, Tom, bist dazu noch in der lage dich schnell durch die Mathematik zu fuchsen.

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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von Struktron » 30. Mär 2018, 14:05

Hallo, das Thema ist tatsächlich interessant.
Vor einigen Jahren gehörte auch Lisa Randell zu den Popstars der Physik. Ihr Buch "Verborgene Universen" brachte mir allerdings nicht viel.
Neben all den Büchern, welche hier erwähnt wurden und die ich alle mangels Bibliothek in der Nähe kaufte, erscheint mit auch noch Weizsäckers "Aufbau der Physik" aus den achziger Jahren erwähnenswert. Das Herangehen von der Seite kleinster Informationseinheiten (Ure) ist immer noch im Gespräch.
Aktuell gefallen mir auch die Überlegungen von Verlinde, Erik P.: Emergent Gravity and the Dark Universe. In: SciPost Physics. Band 2, Nr.3, 16.Mai 2017, S.16, arxiv:1611.02269v2[hep-th]. Verschränkungen und Holographie scheinen mir irgendwie zusammen zu gehören. Obwohl es fast schon in Richtung Esotherik geht, könnte von Talbot M.; Das holographische Universum, Die Welt in neuer Dimension, aus dem Amerikanischen von Siegfried Schmitz (The Holographic Universe, New York 1991) München 1992, lesenswert sein. Das ist auch kostenlos online zu finden.
Eine Studie von Hedrich, Reiner; Raumzeitkonzeptionen in der Quantengravitation (Spacetime in Quantum Gravity), http://arxiv.org/pdf/1101.1835v1 ist sogar in Deutsch gespeichert.

Persönlich bin ich der Meinung, dass auch die alten Ideen mit der Planckskala einen Weg zur Quantengravitation zeigen
(Feinstrukturkonstante der Gravitation).
MfG
Lothar W.
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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von tomS » 31. Mär 2018, 09:37

Struktron hat geschrieben:
30. Mär 2018, 14:05
Eine Studie von Hedrich, Reiner; Raumzeitkonzeptionen in der Quantengravitation (Spacetime in Quantum Gravity), http://arxiv.org/pdf/1101.1835v1 ist sogar in Deutsch gespeichert.
Diese Studie enthält sowohl sehr interessante Aspekte als auch - leider - fundamentale Fehler. Deswegen möchte ich davon abraten, den Text als Einführung zu lesen.
Gruß
Tom

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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von Struktron » 31. Mär 2018, 11:01

tomS hat geschrieben:
31. Mär 2018, 09:37
Struktron hat geschrieben:
30. Mär 2018, 14:05
Eine Studie von Hedrich, Reiner; Raumzeitkonzeptionen in der Quantengravitation (Spacetime in Quantum Gravity), http://arxiv.org/pdf/1101.1835v1 ist sogar in Deutsch gespeichert.
Diese Studie enthält sowohl sehr interessante Aspekte als auch - leider - fundamentale Fehler. Deswegen möchte ich davon abraten, den Text als Einführung zu lesen.
Welche fundamentalen Fehler sind das vor allem? Mir erschien die Studie nur als Hinweis zu vielen möglichen Überlegungen auf dem Weg zur Quantengravitation.
MfG
Lothar W.
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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von tomS » 31. Mär 2018, 18:22

Exemplarisch:

Der Autor verwechselt kovariante und pertubative Quantisierung. Zwar ist die pertubative Quantisierung verschiedener Feldtheorien kovariant, und diese pertubative Quantisierung scheitert für die ART, aber fürs ist nicht Folge der Kovarianz sondern des pertubativen Ansatzes.

Ebenso ist dem Autor unbekannt, dass die nicht-Renormierbarkeit ebenfalls Folge der pertubativen, nicht einer kovarianten Quantisierung ist. Die nicht-perturbativ renormierbaren Ansätze sind dem Autor wohl nicht bekannt.

Später beschreibt der Autor das Problem der Zeit als Folge der kanonischen Quantisierung. Dies ist so nicht richtig, denn das Verschwinden der Koordinatatenzeit ist keine Folge der Quantisierung sondern bereits in der klassischen Hamiltonschen Formulierung angelegt, die der Autor jedoch nicht zu kennen scheint. Darüberhinaus scheint er nicht zu verstehen, dass es durchaus Ansätze gibt, eine zeitliche Dynamik aus einer zunächst zeitlosen Theorie herauszupräparieren.

An einer Stelle bezeichnet er die Dynamik - ohne Nennung von Quellen und m.E. völlig aus der Luft gegriffen als nicht-unitär.

Das bezieht sich ungefähr auf das erste Drittel der Arbeit. Anschließend greift der Autor diverse Themen erneut auf; aber soweit bin ich noch nicht.

Für einen Physiker ist es extrem mühsam, diesen Text mit seinen Wortschöpfungen zu lesen. Warum müssen Philosophen in einem begrifflich präzisen jedoch konzeptionell noch problembehafteten Kontext neue Begriffe erfinden, wenn sie die physikalisch und mathematisch etablierten doch nicht wirklich verstanden haben?

Ich kann den Text nicht empfehlen, sehr wohl jedoch viele der zitierten Texte von Isham, Smolin, Rovelli, Kiefer et al.
Gruß
Tom

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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von Struktron » 31. Mär 2018, 20:59

Hallo Tom,
vielen Dank für Deine Mühe, welche Dir hoffentlich nicht die Feiertage verdirbt.
Mir selbst wären solche Details sicher nicht aufgefallen und könnten mir auch unterlaufen. Das macht halt den Unterschied von Laien (und ein Philosoph ist das vermutlich auch) und Spezialisten, welche auf diesen Gebieten forschen. Seine Literaturhinweise helfen auch nur Leuten, die sich näher damit beschäftigen wollen. Mir reicht das Inhaltsverzeichnis, obwohl mir auch da schon zuviel erwähnt wird, was wohl alles keine Lösungen anbietet, wie wir zu einer Quantengravitation kommen können.

In "Urknall, Weltall und das Leben, Wie klumpt Dunkle Materie" korrigiere ich meine Empfehlung deshalb: "Das ganze sollte aber nicht mit einem Lehrbuch verwechselt werden. TomS hat in viewtopic.php?f=39&t=1392&p=62119#p62120 einige Fehler aufgezeigt."

MfG
Lothar W.
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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von deltaxp » 4. Apr 2018, 12:17

Struktron hat geschrieben:
30. Mär 2018, 14:05
Verschränkungen und Holographie scheinen mir irgendwie zusammen zu gehören. Obwohl es fast schon in Richtung Esotherik geht
nach den von mir oben genannten Konzepten nicht nur irgendwie, sondern direkt (im AdS/CFT-Regime, was unser Universum nun aber nicht ist, aber das sei mal dahingestellt).

Maldacena hat ja die Dualität cft auf bulk-oberflache dual zur Gravitation im bulk gefunden 1998. man wusste also dass es so ist, aber nicht warum.

die Ähnlichkeiten mit den tensornetzwerken zur Beschreibung physikalischer zuständen der vielteilchenzustandsfunktionen bei den quantencomputerforschungen - sprich Verschränkung mit der ads-geometrie parallel zu van ramsdonks arbeiten lieferten dann das woher die Dualität kommt. ads-raum im bulk als Emergenz der Verschränkungen der cft ohne Gravitation an der bulkoberfläche.
Struktron hat geschrieben:
30. Mär 2018, 14:05
Persönlich bin ich der Meinung, dass auch die alten Ideen mit der Planckskala einen Weg zur Quantengravitation zeigen
(Feinstrukturkonstante der Gravitation).
MfG
Lothar W.
ich persönlich glaube da nicht mehr so wirklich dran aus mehreren gründen.
1) das holographische Prinzip erklärt ganz gut die relative schwäche der Gravitation bei großem bulg. es ist nämlich auch ein starke-schwache kopplungs dualtiät
2) alle versuche der direkten quantisierung der Gravitation führten bisher zu keinen wirklich befriedigenden Ergebnissen. soweit ich weiss konnte man die art Gleichungen aus den quantisierungen aus nicht wieder im niedrigenergie Regime reproduzieren. aber das weiss Tom wohl besser. insbesondere bei der supergravitation ist man sich wohl noch gar nicht so sicher
3) direkte quantisierung kann natürlich nicht funktionieren, wenn Gravitation emergent ist (Hydrodynamik der Verschränkung). Ich mein es gibt ja auch keine quanten-flüssigkeits-Theorie durch quantisierung der hydrodynamischen differentalgleichungen. das mag vielleicht bis zu einem gewissen Bereich effektiv gehen, aber auf fundamentalen Niveau gibt es kein flüssigkeitsquant. da sind nur die Moleküle mit ihren Eigenschaften. ein wasser-Molekül ist nicht flüssig. das macht erst die wechelswirkung zwischen mehren (soweit ich weiss beginnen sich schon die ersten flüssigkeitsmerkmale wie Oberflächenspannung bei sehr wenigen zu zeigen, Ordnung 10, ab da an macht man auch Statistik)
4) es passt gut zusammen mit hawkingstrahlung und hilft glaub ich auch das amps-paradox und somit das Firewall Problem zu lösen.
5) das ist so schräg, das es sich kein sf-Autor ausdenken könnte, das muss einfach stimmen :P

aber es gibt dort noch seeehr vel forschungsbedarf:

1) was mit mit dS-space, ich glaub darauf zielt verlinde ab, nachdem Abstract des von dir verlinkten papers ab
2) wie baut man zeitabhängigkeiten rein (Komplexität schein dort der schlüssel zu sein)

und sicherlich noch vel theorie-zeug, was dann wohl jenseits meines erkenntnishorizontes liegt und bei mir nur als thermisches rauschspektrum im Kopf ankommt ;P

vielen dank für die links. die verlindes hab ich mir jetzt runtergeladen. den von hedrich zwar auch, aber nach Toms Analyse lieber doch auf die orig-texte zugreifen.

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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von tomS » 5. Apr 2018, 12:44

Anmerkungen

zu 2)
Aus der LQC gehen die FRW-Gleichungen mit Quantenkorrekturen hervor. Aus der LQG gehen in gewissen Grenzfällen vernünftige Gleichungen hervor, z.B. ein Graviton-Propagator. Die SUGRA war ja mal ein Kandidat für eine perturbativ-renormierbare Quantisierung der Gravitation; das ist bis heute ein offenes Problem. Der asymptotic safety approach deutet jedoch darauf hin, dass die ART nicht-perturbativ renormierbar ist, ohne weitere Felder u.ä. D.h. für mich ist das Thema noch lange nicht vom Tisch.

zu 3)
Es gibt sicher Gründe, die gegen eine direkte Quantisierung der Gravitation sprechen. Ich bin mir jedoch keineswegs sicher, dass bestimmte Punkte, die man heute mit emergenter Gravitation in Verbindung bringt, nicht auch mit einer direkte Quantisierung verträglich sind. Warum können z.B. die verschränkten Quantensysteme bzw. Freiheitsgrade nicht fundamentale Freiheitsgrade der Gravitation sein? Könnten nicht umgekehrt andere Freiheitsgrade (der QED etc.) aus Freiheitsgraden der Gravitation hervorgehen?

Ich habe einige Artikel zu Ansätzen bzgl. emergenter Gravitation und verwandter Themen gelesen (Verlinde, Carroll, ...) Das ist schon noch sehr qualitativ bis spekulativ.
Gruß
Tom

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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von deltaxp » 6. Apr 2018, 13:00

gute Kommentare. Da kenn ich mich halt nicht so gut aus. Was ich z.B. auch ganz interessant and der LQG ist, dass dort auch nicht der Volumenoperator fundametal ist, sondern eher der Flächenoperator, was sich ja auch wieder pro holographisches Prinzip irgendwie anhört. Aber wie gesagt, da bin ich zu wenig theoretisch für ausgelegt. ich denke auch, dass ist wohl das Problem mit dualitäten, man kann nicht sagen, was fundamental ist. vielleicht läuft
das tatsächlich auch andersherum. Auf jedenfall bin ich sicher, dass Einstein die neuen Entwicklungen mit hohem Interesse verfolgen würde so nach dem Motto: "ha: hab ich doch recht gehabt, dass es die spukhaften fernwirkung nicht gibt, denn die verschränkten Teilchen kommunizieren ausserhalb unseres raumes "normal" nur eben durch mikroskopische Wurmlöcher". das wäre dann der weg andersherum.

Es bleibt spannend. So oder so hört es sich nach viel Bewegung auf dem Gebiet an.

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Re: Literatur zur Quantengravitation

Beitrag von tomS » 7. Apr 2018, 09:25

deltaxp hat geschrieben:
6. Apr 2018, 13:00
Was ich z.B. auch ganz interessant and der LQG ist, dass dort auch nicht der Volumenoperator fundametal ist, sondern eher der Flächenoperator, was sich ja auch wieder pro holographisches Prinzip irgendwie anhört.
Das interessante ist, dass sich das aus den Ashtekar-Variablen ziemlich automatisch ergibt. Man startet in der Loop-Darstellung der Holonomie der Eichfelder entlang eines Loops = der Berandung einer Fläche. Die kanonisch konjugierte Größe ist der Fluss durch diese Fläche. Allerdings ist der folgende Schritt, der zur Diskretisierung führt, immer noch nicht völlig verstanden, da man die Constraint-Struktur der Theorie ändert.

Um das eigtl. holographische Prinzip z.B. für schwarze Löcher zu erhalten muss man in der LQG noch diverse weitere Konstrukte einführen, insbs. sogenannte "isolated horizons" sowie Oberflächenfreiheitsgrade. Letztere sind mit nicht identisch mit den o.g., jedoch natürlich verwandt.

Ich habe aber nach vielen Jahren den Eindruck, dass da noch etwas fundamentales fehlt; irgendwie müssten sich bestimmte Ergebnisse eher automatisch ergeben, mit weniger neuen mathematischen Konstrukten. Zum Vergleich: die QCD war in den Siebzigern recht schnell mathematisch formuliert; alles weitere sind nur noch technische Probleme, komplizierte Gleichungen zu lösen. In der LQG benötigt man immer wieder völlig neue Ansätze, um voranzukommen. Das macht mich stutzig.
Gruß
Tom

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Re: Ideen zur Quantengravitation

Beitrag von tomS » 8. Apr 2018, 17:25

Hier einige Kommentare zu

By now it's pretty clear that "loop quantization" is some sort of technical mistake. This procedure has been applied to dozens of starting points and it has never yet been able to make contact with either classical general relativity or with nongravitational quantum field theory“:

von Urs Schreiber:

This point deserves to be expanded on a bit:

To recall, the starting point of LQG is to encode the Riemannian metric in terms of the parallel transport of the affine connection that it induces. This parallel transport is an assignment to each smooth curve in the manifold between points x and y of a linear isomorphism between the tangent spaces over these points. This assignment is itself smooth, as a function on the smooth space of smooth curves, suitably defined. Moreover, it satisfies the evident functoriality conditions, in that it respects composition of paths and identity paths. It is a theorem that smooth (affine) connections on smooth manifolds are indeed equivalent to such smooth functorial assignments of parallel transport isomorphisms to smooth curves. This theorem goes back to Barrett, who considered it for the case that all paths are taken to be loops. For the general case it is discussed in https://arxiv.org/abs/0705.0452 , following suggestion by John Baez.

So far so good.

The idea of LQG is now to use this equivalence to equivalently regard the configuration space of gravity as a space of parallel transport/holonomy assignments to paths (in particular loops, whence the name "LQG"). But now in the next step in LQG, the smoothness condition on these parallel transport assignments is dropped. Instead, what is considered are general functions from paths to group elements, which are not required to be smooth or even to be continuous, hence plain set-theoretic functions. In the LQG literature these assignments are then called "generalized connections". It is the space of these "generalized connections" which is then being quantized.

The trouble is that there is no relation left between "generalized connections" and the actual (smooth) affine connections of Riemanniann geometry. The passage from smooth to "generalized connections" is an ad hoc step that is not justified by any established rule of quantization. It effectively changes the nature of the system that is being quantized. Removing the smoothness and even the continuity condition on the assignment of parallel transport to paths loses all contact with how the points in the original spacetime manifold "cohere", as it were, smoothly or even continuously. The passage to "generalized connections" amounts to regarding spacetime as just a dust of disconnected points. Much of the apparent discretization that is subsequently found in the LQG quantization is but an artifact of this dustification.

Since it is unclear what (and implausible that) the generalized connections have to do with actual Riemannian geometry, it is of little surprise that a key problem that LQG faces is to recover smooth spacetime geometry in some limit in the resulting quantization. This is due to the dustification of spacetime that happened even before quantization is applied.

When we were discussing this problem a few years back, conciousness in the LQG community grew that the step to "generalized connections" is far from being part of a "conservative quantization" as it used to be advertized. As a result, some members of the community started to investigate the result of applying similar non-standard steps to the quantization of very simple physical systems, for which the correct quantization is well understood. For instance when applied to the free particle, one obtains the same non-separable Hilbert spaces that also appear in LQG, and which are not part of any (other) quantization scheme.

Ashtekar tried to make sense of this in terms of a concept he called "shadow states" https://arxiv.org/abs/gr-qc/0207106 . But the examples considered only seemed to show how very different this shadowy world is from anything ever seen elsewhere. Some authors argued that it is all right to radically change the rules of quantization when it comes to gravity, since after all gravity is special. That may be true. But what is troubling is that there is little to no motivation for the non-standard step from actual connections to "generalized connections" beyond the fact that it admits a naive quantization.


Das ist sicher eines der zentralen Probleme der LQG, evtl. vielleicht sogar ein irreparabler Geburtsfehler.
Gruß
Tom

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Re: Ideen zur Quantengravitation

Beitrag von deltaxp » 10. Apr 2018, 12:40

kann man das nicht auch ohne die Generalisierung der zusammenhänge machen sondern mit ursprünglichen parallel-Transport Verbindungen zu den pfaden quantisieren ? was war die Motivation zur Verwendung der generalisierten zusammenhänge ?

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Re: Ideen zur Quantengravitation

Beitrag von tomS » 10. Apr 2018, 12:56

Gute Frage. Ich versuche gerade, das herauszufinden.
Gruß
Tom

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