Arka plan bağımsızlığı - Background independence

Arka plan bağımsızlığı , teorik fizikte , bir teorinin tanımlayıcı denklemlerinin uzay-zamanın gerçek şeklinden ve uzay-zaman içindeki çeşitli alanların değerinden bağımsız olmasını gerektiren bir koşuldur . Özellikle bu, belirli bir koordinat sistemine atıfta bulunmamanın mümkün olması gerektiği anlamına gelir - teori koordinattan bağımsız olmalıdır . Ek olarak, farklı uzay-zaman konfigürasyonları (veya arka planları), temel denklemlerin farklı çözümleri olarak elde edilmelidir.

Tanım

Arka plan bağımsızlığı, bir fizik teorisinin gevşek bir şekilde tanımlanmış bir özelliğidir. Kabaca söylemek gerekirse, uzayı ve zamanı tanımlamak için kullanılan matematiksel yapıların sayısını "elle" yerleştirir. Bunun yerine, bu yapılar Einstein alan denklemleri gibi dinamik denklemlerin sonucudur , böylece ilk ilkelerden hangi biçimi almaları gerektiği belirlenebilir. Metriğin biçimi hesaplamaların sonucunu belirlediğinden, arka plandan bağımsız bir teori, onsuz bir teoriden daha tahmin edicidir, çünkü teori tahminlerini yapmak için daha az girdi gerektirir. Bu, temel bir teoride daha az serbest parametre istemeye benzer.

Dolayısıyla arka plan bağımsızlığı, teoriden tahmin edilmesi gereken matematiksel nesnelerin sadece parametreleri değil, aynı zamanda geometrik yapıları da içerecek şekilde genişletilmesi olarak görülebilir. Bunu özetleyen Rickles şöyle yazar: "Arka plan yapıları dinamik olanlarla karşılaştırılır ve arka plandan bağımsız bir teori sadece ikinci tipe sahiptir - açıkçası, arka plana bağlı teoriler, ikinci tipe ek olarak birinci tipe sahip olanlardır."

Olarak genel görelilik , arka plan bağımsızlık uzay-zaman metrik dinamik bir denklemin çözüm bu özelliği ile tanımlanır. In klasik mekanik , bu metrik deneysel gözlemlerini maç için fizikçi tarafından sabitlenir, durum böyle değildir. Metrik formu fiziksel tahminleri etkilediğinden, ancak teori tarafından kendisi tahmin edilmediğinden bu istenmeyen bir durumdur.

Açık arka plan bağımsızlığı

Açık arka plan bağımsızlığı, fiziksel bir gereklilikten ziyade öncelikle estetiktir. Diferansiyel geometride denklemlerin çizelge seçiminden ve koordinat gömmelerinden bağımsız bir biçimde yazılmasını gerektirmekle benzer ve yakından ilişkilidir . Arka plandan bağımsız bir formalizm varsa, daha basit ve daha zarif denklemlere yol açabilir. Bununla birlikte, bir teorinin açıkça arka plandan bağımsız olmasını gerektirmenin fiziksel bir içeriği yoktur - örneğin, genel görelilik denklemleri , fiziksel sonuçları etkilemeden yerel koordinatlarda yeniden yazılabilir.

Bir özelliği tezahür ettirmek yalnızca estetik olsa da, teorinin gerçekten bu özelliğe sahip olduğundan emin olmak için yararlı bir araçtır. Örneğin, bir teori açıkça Lorentz değişmez bir şekilde yazılmışsa, Lorentz değişmezliğinin korunduğundan emin olmak için her adımda kontrol edilebilir. Bir özelliğin açıklanması, teorinin gerçekten o özelliğe sahip olup olmadığını da açıkça ortaya koyar. Klasik mekaniği açıkça Lorentz değişmezi yapamama, teorisyenin hayal gücü eksikliğini değil, teorinin fiziksel bir özelliğini yansıtır. Aynı şey klasik mekanik veya elektromanyetizmanın arka plandan bağımsız hale getirilmesi için de geçerlidir .

Kuantum yerçekimi teorileri

Kuantum-yerçekimi araştırmasının spekülatif doğası nedeniyle, arka plan bağımsızlığının doğru uygulanması konusunda çok fazla tartışma var. Nihayetinde cevaba deneyle karar verilecek, ancak deneyler kuantum-yerçekimi fenomenini araştırana kadar fizikçiler tartışmaya razı olmak zorundalar. Aşağıda en büyük iki kuantum yerçekimi yaklaşımının kısa bir özeti bulunmaktadır.

Fizikçiler, 4B kuantum yerçekiminden çok daha basit bir problem olan 3B kuantum yerçekimi modellerini incelediler (çünkü 3B'de kuantum yerçekimi yerel serbestlik derecesine sahip değildir). Bu modellerde iki farklı topoloji arasında sıfır olmayan geçiş genlikleri vardır, yani topoloji değişir. Bu ve diğer benzer sonuçlar, fizikçilerin, herhangi bir tutarlı kuantum kütleçekim teorisinin dinamik bir süreç olarak topoloji değişimini içermesi gerektiğine inanmalarına yol açar.

sicim teorisi

Sicim teorisi genellikle sabit bir arka plan etrafında pertürbasyon teorisi ile formüle edilir . Bu şekilde tanımlanan teorinin yerel olarak arka planda değişmez olması mümkün olsa da, eğer öyleyse, açık değildir ve tam anlamın ne olduğu açık değildir. Sicim teorisini açıkça arka plandan bağımsız bir şekilde formüle etmeye yönelik bir girişim, sicim alanı teorisidir , ancak onu anlamada çok az ilerleme kaydedilmiştir.

Diğer bir yaklaşım, anti-de Sitter asimptotikleri ile uzay -zamanlarda sicim teorisinin tam, pertürbatif olmayan bir tanımını sağladığına inanılan , varsayıma dayalı, ancak henüz kanıtlanmamış AdS/CFT ikiliğidir . Eğer öyleyse, bu , varsayılan arka plandan bağımsız teorinin bir tür süper - seçim sektörünü tanımlayabilir . Ancak yine de Evrenimizin mevcut gözlemleriyle uyuşmayan anti-de Sitter uzay asimptotikleri ile sınırlı olacaktır. Teorinin keyfi uzay-zaman arka planlarında tam bir pertürbatif olmayan tanımı hala eksiktir.

Topoloji değişikliği, sicim teorisinde yerleşik bir süreçtir .

Döngü kuantum yerçekimi

Kuantum yerçekimine döngüsel kuantum kütleçekimi olarak adlandırılan çok farklı bir yaklaşım , tamamen pertürbatif değildir ve açıkça arka plandan bağımsızdır: alan gibi geometrik miktarlar, bir arka plan metriğine veya asimptotiklere (örneğin, bir arka plan metriğine veya bir anti -de Sitter asimptotikleri), yalnızca belirli bir topoloji .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma