ループ量子重力理論(Loop Quantum Gravity, LQG) | 阿波の梟のブログ

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ループ量子重力理論(Loop Quantum Gravity, LQG):

ループ量子重力理論は、時空(時間と空間)を最小単位に分割できないものとして捉える理論であり、超弦理論とともに、一般相対性理論を量子化するための候補とされています。

超弦理論と同様に、ループ量子重力理論も量子重力理論の候補であり、一般相対性理論(重力の古典的な理論)を量子論的に扱うことを目指しています。超弦理論が時空を背景場として取り扱うのに対し、ループ量子重力理論は理論自体が時空の性質を決定するという背景独立性を持っています。

理論の内容:

  1. 離散的な時空構造: 通常、時空は連続かつ滑らかなものと考えられてきましたが、ループ量子重力理論では時空が結晶格子のように離散的な値を取るとされています。この特徴により、通常の連続的な理論で生じる短距離極限の発散が回避されるとされています。

  2. 背景独立性: 超弦理論と異なり、ループ量子重力理論は背景独立性を持ちます。これは、理論自体が時空の性質を決定し、時空が背景場として最初から存在しているわけではないという性質を指します。

  3. スピンネットワークとスピンフォーム: 空間はノード(点)とノード同士を結ぶリンク(線)から成るグラフで表され、これをスピンネットワークと呼びます。スピンネットワークは重力などの力や素粒子の存在を示すと考えられています。スピンネットワークに時間を加えたものをスピンフォームと呼び、離散的に変化する時間を表現します。この時間の単位は1プランク秒(10^-43秒)であり、これが積み重なって通常の時間が感じられるようになります。

ループ量子重力理論は、これまでの物理学の進展において重要な位置を占めており、量子重力理論の可能なアプローチの一つとして広く研究されています。

Loop Quantum Gravity (LQG): Loop Quantum Gravity is a theoretical framework describing the existence of a minimum indivisible unit in spacetime (time and space). Alongside superstring theory, it is considered a candidate for a quantum gravity theory, aiming to quantize the classical theory of gravity, namely General Relativity[1]. In contrast to superstring theory, another candidate for quantum gravity, Loop Quantum Gravity defines spacetime not as a pre-existing background field but as something determined by the dynamics of the theory itself (background independence). Theory Overview: Discrete Spacetime Structure: While spacetime is conventionally considered continuous and smooth, Loop Quantum Gravity posits that spacetime takes on discrete values, similar to a crystalline lattice. This feature avoids the divergences that occur in the short-distance limit in continuous theories. Background Independence: Unlike superstring theory, Loop Quantum Gravity maintains background independence. This means that the theory itself determines the properties of spacetime, and spacetime is not assumed to exist as a background field from the beginning. Spin Networks and Spin Foams: Space is represented by a graph consisting of nodes (points) and links (lines) connecting these nodes, known as a spin network. Spin networks are believed to indicate the mediation of forces like gravity and the presence of elementary particles. Introducing time to this spin network results in what is called a spin foam, representing the discrete changes in time, similar to the motion of a second hand on a clock. The difference in time between the states before and after a change in connections is one Planck second (10^-43 seconds), accumulating to give rise to the perception of time as we experience it. Loop Quantum Gravity occupies a significant position in the ongoing exploration of fundamental physics. It serves as one of the approaches to quantum gravity and is actively researched for its potential insights into understanding the nature of spacetime at the quantum level.