Kvantinis gravitacija yra bendras terminas teorijoms, kurios bando suvienyti gravitaciją su kita pagrindinės fizikos jėgos (kurios jau suvienytos kartu). Paprastai jis pateikia teorinį darinį, gravitoną, kuris yra virtuali dalelė, tarpininkaujanti gravitacinę jėgą. Būtent tai išskiria kvantinę gravitaciją iš kai kurių kitų vieningo lauko teorijų, nors teisingumas, kai kurioms teorijoms, kurios paprastai klasifikuojamos kaip kvantinė gravitacija, nebūtinai reikia a gravitonas.
Kas yra Gravitonas?
Standartinis kvantinės mechanikos modelis (sukurtas nuo 1970 iki 1973 m.) Teigia, kad kiti trys pagrindinės fizikos jėgos tarpininkauja virtualūs bozonai. Fotonai tarpina elektromagnetinę jėgą, W ir Z bosonai tarpina silpną branduolinę jėgą, o gluonai (tokie kaip kvarkai) tarpininkauti stiprioms branduolinėms jėgoms.
Taigi gravitonas tarpininkautų gravitacijos jėgai. Jei jis bus rastas, tikimasi, kad gravitonas bus be masės (nes jis akimirksniu veikia dideliais atstumais) ir sukasi 2 suktis (nes gravitacija yra antros eilės tensorinis laukas).
Ar įrodytas kvantinis sunkumas?
Pagrindinė problema, eksperimentuojant bet kokią kvantinio gravitacijos teoriją, yra ta, kad dabartiniuose laboratoriniuose eksperimentuose energijos kiekiai, reikalingi stebėjimams pastebėti, yra nepasiekiami.
Net teoriškai kvantinė gravitacija susiduria su rimtomis problemomis. Šiuo metu gravitacija aiškinama per bendrojo reliatyvumo teorija, kuris daro labai skirtingas visatos prielaidas makroskopiniu mastu, nei tos, kurias kvantinė mechanika padarė mikroskopiniu mastu.
Mėginimai juos sujungti dažniausiai kyla į „renormalizacijos problemą“, kurioje visų jėgų suma neišnyksta ir sukuria begalinę vertę. Kvantinėje elektrodinamikoje tai nutiko retkarčiais, tačiau norint pašalinti šias problemas, matematika galėtų būti renormalizuota. Toks renormalizavimas neveikia kvantinio gravitacijos aiškinimo.
Kvantinės gravitacijos prielaidos paprastai yra tokios, kad tokia teorija pasirodys ir paprasta, ir elegantiška, todėl daugelis fizikų bando dirbti atgal, numatydamas teoriją, kuri, jų manymu, galėtų atsižvelgti į simetrijas, stebimas dabartinėje fizikoje, ir tada pamatyti, ar tos teorijos veikia.
Kai kurios vieningos lauko teorijos, klasifikuojamos kaip kvantinės gravitacijos teorijos, apima:
- Styginių teorija / Viršutinių stygų teorija / M-teorija
- Supergravitacija
- Kilpos kvantinis sunkis
- Twistor teorija
- Nekomutacinė geometrija
- Euklido kvantinė gravitacija
- Wheeler-deWitt lygtis
Žinoma, visiškai įmanoma, kad jei kvantinė gravitacija egzistuos, ji nebus nei paprasta, nei elegantiška, tokiu atveju į šiuos bandymus imamasi klaidingų prielaidų ir greičiausiai taip bus netikslus. Tik laikas ir eksperimentai tikrai pasakys.
Taip pat įmanoma, kaip spėja kai kurios iš aukščiau paminėtų teorijų, kad kvantinės gravitacijos supratimas to nepadarys tik konsoliduos teorijas, o greičiau pateiks iš esmės naują kosmoso ir laikas.
Redaguota Anne Marie Helmenstine, Ph.