[論文レビュー] Unfinished revolution Introductive chapter of a book on Quantum Gravity, edited by Daniele Oriti, to appear with Cambridge University Press

Carlo Rovelli|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2008

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 22被引用数 9

ひとこと要約

この序章は、20世紀初頭に一般相対性理論と量子力学によって開始された『未完の革命』として、理論物理学の現在の状態を提示している。量子重力理論の整合的統合がまだ達成されていないと主張し、一般相対性理論と量子力学を統合する必要がある量子重力理論の重要性を強調している。これは、空間、時間、物質、因果関係に関する理解における根本的な概念的緊張を解消するものである。

ABSTRACT

One hundred and forty-four years elapsed between the publication of Copernicus’s De Revolutionibus, which opened the great scientific revolution of the XVII century, and the publication of Newton’s Principia, the final synthesis that brought that revolution to a spectacularly successful end. During those hundred and forty-four years, the basic grammar for understanding the physical world changed and the old picture of reality was reshaped in depth. At the beginning of the XX century, General Relativity (GR) and Quantum Mechanics (QM) once again began reshaping our basic understanding of space and time and, respectively, matter, energy and causality —arguably to a no lesser extent. But we have not been able to combine these new insights into a novel coherent synthesis, yet. The XX century scientific revolution opened by GR and QM is therefore still wide open. We are in the middle of an unfinished scientific revolution. Quantum Gravity is the tentative name we give to the “synthesis to be found”. In fact, our present understanding of the physical world at the fundamental level is in a state of great confusion. The present knowledge of the elementary dynamical laws of physics is given by the application of QM to fields, namely quantum field theory (QFT), by the particle–physics Standard Model (SM), and by GR. This set of fundamental theories has obtained an empirical success nearly

研究の動機と目的

• 相対性理論と量子力学によって開始された、現在の素粒子物理学の状態を、継続的な科学的革命として位置づける。
• 現代の理論物理学における中心的問題として、統一的量子重力枠組みの欠如を特定する。
• 一般相対性理論と量子場理論の間の基礎的緊張を解消するため、量子重力を必然的な統合と位置づけ、その意義を説明する。
• 量子場理論、標準模型、一般相対性理論の実験的成功を強調しつつ、それらが根本的に概念的に不整合である点を指摘する。
• 自然界の最も基本的なレベルにおける一貫した統一的記述を達成するための中心的課題として、量子重力の探求を位置づける。

提案手法

• コペルニクスからニュートンに至る科学的革命の歴史的経路を、現在の量子重力の状況のモデルとして分析する。
• 17世紀の科学的革命における成功した統合と、一般相対性理論と量子力学によって開始された20世紀の革命の未解決状態を対比する。
• 現在の素粒子物理学の柱として、一般相対性理論、量子場理論、標準模型の核心的理論枠組みを特定する。
• 一般相対性理論の幾何学的時空記述と、量子力学の確率的で演算子に基づくフレームワークとの間の概念的不整合を強調する。
• 一般相対性理論と量子力学の両者の統合を可能にする理論的統合として、量子重力を位置づけ、それらのフレームワークを一貫した統一的図像に統合する必要性を提示する。
• 形式的計算ではなく、概念的および歴史的分析を用いて、新しい基礎理論の必要性を確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ一般相対性理論と量子力学によって開始された科学的革命は、まだ未完と見なされるのか？
• RQ2 一般相対性理論と量子場理論の間の主な概念的・理論的不整合は何か？
• RQ3 現在の素粒子物理学の状態は、17世紀の科学的革命のニュートン以前の段階とどのように類似しているか？
• RQ4 量子重力は、時空、物質、エネルギー、因果関係の間の基礎的緊張をどのように解消する役割を果たすのか？
• RQ5 その構成要素が実験的に成功しているにもかかわらず、なぜ量子力学と一般相対性理論の整合的統合はまだ達成されていないのか？

主な発見

• 20世紀初頭に一般相対性理論と量子力学によって開始された科学的革命は、まだ未完であり、統一的枠組みはまだ達成されていない。
• 量子場理論、標準模型、一般相対性理論の実験的成功にもかかわらず、それらの基礎的不整合が、素粒子物理学における深刻な概念的混乱を生み出している。
• 統一的量子重力理論の不在は、相対性理論と量子力学の知見を、時空と力学の一貫した図像に統合する試みの失敗を示している。
• 17世紀の革命への歴史的類似性から、ニュートンの『プリンキピア』に類する最終的統合がまだ発見されていないことが示唆される。
• 現在の物理学の状態は、一般相対性理論における時空の幾何学的性質と、量子力学における演算子に基づく確率的フレームワークとの間に緊張関係がある。
• したがって、量子重力は技術的課題を超えて、現実の最も基本的なレベルでの理解を再構築する基礎的探求である。