Quantum Space: Loop Quantum Gravity and the Search for the Structure of Space, Time, and the Universe

امروز ما با دو نظریه فوق‌العاده موفق فیزیک برکت داریم. اولین مورد، نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین است که رفتار مقیاس بزرگ ماده را در فضازمان منحنی توصیف می کند. این نظریه مبنای مدل استاندارد کیهان‌شناسی انفجار بزرگ است. کشف امواج گرانشی در رصدخانه LIGO در ایالات متحده (و سپس Virgo در ایتالیا) تنها جدیدترین موفقیت این نظریه است.

دوم مکانیک کوانتومی است. این نظریه خواص و رفتار ماده و تابش را در کوچکترین مقیاس آنها توصیف می کند. این پایه‌ای برای مدل استاندارد فیزیک ذرات است که تمام اجزای مرئی جهان را از مجموعه‌ای از کوارک‌ها، الکترون‌ها و ذرات حامل نیرو مانند فوتون‌ها می‌سازد. کشف بوزون هیگز در سرن در ژنو تنها جدیدترین موفقیت از این تئوری است.

اما، در حالی که هر دو بسیار موفق هستند، این دو ساختار بسیاری از سوالات مهم را بی پاسخ می گذارند. آنها همچنین مبتنی بر دو تفسیر متفاوت از مکان و زمان هستند و بنابراین اساساً ناسازگار هستند. ما دو توصیف داریم، اما، تا آنجا که می دانیم، تا به حال فقط یک جهان داشته ایم. آنچه ما نیاز داریم یک نظریه کوانتومی گرانش است.

رویکردها برای تدوین چنین نظریه ای در درجه اول دو مسیر را دنبال کرده اند. یکی به نظریه ریسمان منتهی می شود که برای مدت طولانی مد شده است و درباره آن مطالب زیادی نوشته شده است. اما نظریه ریسمان گرفتار مشکلاتی شده است. در این کتاب، جیم باگت «جاده ای که کمتر سفر کرده» را توصیف می کند: رویکردی که نسبیت را نقطه شروع خود می داند و به ساختاری به نام گرانش کوانتومی حلقه ای منتهی می شود. باگوت داستان را از طریق مشاغل و کارهای پیشگامانه دو تن از برجسته ترین مشارکت کنندگان این نظریه، لی اسمولین و کارلو روولی، روایت می کند. این کتاب با ترکیب مباحث روشنی از نظریه کوانتومی و نسبیت عام، یکی از اولین تلاش‌ها را برای توضیح نظریه کوانتومی جدید فضا و زمان ارائه می‌کند.

**

Today we are blessed with two extraordinarily successful theories of physics. The first is Albert Einstein's general theory of relativity, which describes the large-scale behaviour of matter in a curved spacetime. This theory is the basis for the standard model of big bang cosmology. The discovery of gravitational waves at the LIGO observatory in the US (and then Virgo, in Italy) is only the most recent of this theory's many triumphs.

The second is quantum mechanics. This theory describes the properties and behaviour of matter and radiation at their smallest scales. It is the basis for the standard model of particle physics, which builds up all the visible constituents of the universe out of collections of quarks, electrons and force-carrying particles such as photons. The discovery of the Higgs boson at CERN in Geneva is only the most recent of this theory's many triumphs.

But, while they are both highly successful, these two structures leave a lot of important questions unanswered. They are also based on two different interpretations of space and time, and are therefore fundamentally incompatible. We have two descriptions but, as far as we know, we've only ever had one universe. What we need is a quantum theory of gravity.

Approaches to formulating such a theory have primarily followed two paths. One leads to String Theory, which has for long been fashionable, and about which much has been written. But String Theory has become mired in problems. In this book, Jim Baggott describes "the road less travelled": an approach which takes relativity as its starting point, and leads to a structure called Loop Quantum Gravity. Baggott tells the story through the careers and pioneering work of two of the theory's most prominent contributors, Lee Smolin and Carlo Rovelli. Combining clear discussions of both quantum theory and general relativity, this book offers one of the first efforts to explain the new quantum theory of space and time.

**