Kaj je kvantna gravitacija?

Kako bi lahko ta koncept združil štiri temeljne sile

ZNANSTVENA FOTOTEKA, Getty Images

Kvantna gravitacija je splošni izraz za teorije, ki poskušajo poenotiti gravitacijo z drugo temeljne sile fizike (ki sta že združena skupaj). Na splošno postavlja teoretično entiteto, graviton, ki je virtualni delec, ki posreduje gravitacijsko silo. To je tisto, po čemer se kvantna gravitacija razlikuje od nekaterih drugih enotnih teorij polja -- čeprav po pravici povedano, nekatere teorije, ki so običajno razvrščene kot kvantna gravitacija, ne zahtevajo nujno gravitona.

Kaj je Graviton?

Standardni model kvantne mehanike (razvit med letoma 1970 in 1973) predpostavlja, da ostali trije temeljne sile fizike posredujejo virtualni bozoni. Fotoni posredujejo elektromagnetno silo, W in Z bozoni posredujejo šibko jedrsko silo, gluoni (kot npr. kvarki ) posredujejo močno jedrsko silo.

Graviton bi torej posredoval gravitacijsko silo. Če ga najdemo, se pričakuje, da bo graviton brez mase (ker na velikih razdaljah deluje v trenutku) in ima spin 2 (ker je gravitacija drugorazredno tenzorsko polje).

Ali je kvantna gravitacija dokazana?

Glavna težava pri eksperimentalnem testiranju katere koli teorije kvantne gravitacije je, da so ravni energije, potrebne za opazovanje domnev, nedosegljive v trenutnih laboratorijskih poskusih.

Tudi teoretično se kvantna gravitacija srečuje z resnimi težavami. Gravitacija je trenutno razložena skozi teorija splošne relativnosti , ki postavlja zelo drugačne predpostavke o vesolju na makroskopskem nivoju od tistih, ki jih postavlja kvantna mehanika na mikroskopskem nivoju.

Poskusi njihovega združevanja na splošno naletijo na 'problem renormalizacije', pri katerem se vsota vseh sil ne izniči in povzroči neskončno vrednost. V kvantni elektrodinamiki se je to občasno dogajalo, vendar bi lahko matematiko znova normalizirali, da bi odpravili ta vprašanja. Takšna renormalizacija ne deluje v kvantni interpretaciji gravitacije.

Predpostavke kvantne gravitacije so na splošno, da se bo taka teorija izkazala za preprosto in elegantno, zato mnogi fiziki poskušajo delati nazaj, napovedujejo teorijo, za katero menijo, da bi lahko pojasnila simetrije, opažene v trenutni fiziki, in nato preverjajo, ali te teorije delujejo .

Nekatere enotne teorije polja, ki so razvrščene kot teorije kvantne gravitacije, vključujejo:

• Teorija strun / Teorija superstrun / M-teorija
• Supergravitacija
• Zanka kvantne gravitacije
• Twistor teorija
• Nekomutativna geometrija
• Evklidska kvantna gravitacija
• Wheeler-deWittova enačba

Seveda je povsem možno, da kvantna gravitacija, če res obstaja, ne bo niti enostavna niti elegantna; v tem primeru se teh poskusov obravnava z napačnimi predpostavkami in bi bili verjetno netočni. Samo čas in eksperimentiranje bosta zagotovo povedala.

Možno je tudi, kot napovedujejo nekatere od zgornjih teorij, da razumevanje kvantne gravitacije ne bo samo utrdilo teorij, temveč bo uvedlo bistveno novo razumevanje prostora in časa.

UredilAnne Marie Helmenstine, dr.