Čo je kvantová gravitácia?

Ako by tento koncept mohol zjednotiť štyri základné sily

KNIŽNICA VEDECKÝCH FOTOGRAFIÍ, Getty Images

Kvantová gravitácia je všeobecný pojem pre teórie, ktoré sa pokúšajú zjednotiť gravitáciu s druhou základné sily fyziky (ktoré sú už zjednotené). Vo všeobecnosti predpokladá teoretickú entitu, gravitón, čo je virtuálna častica, ktorá sprostredkúva gravitačnú silu. To je to, čo odlišuje kvantovú gravitáciu od niektorých iných zjednotených teórií poľa - hoci, spravodlivo, niektoré teórie, ktoré sú zvyčajne klasifikované ako kvantová gravitácia, nutne nevyžadujú gravitón.

Čo je to Graviton?

Štandardný model kvantovej mechaniky (vyvinutý v rokoch 1970 až 1973) predpokladá, že ostatné tri základné sily fyziky sú sprostredkované virtuálnymi bozónmi. Fotóny sprostredkovávajú elektromagnetickú silu, bozóny W a Z slabú jadrovú silu a gluóny (ako napr. kvarky ) sprostredkúvajú silnú jadrovú silu.

Gravitačnú silu by teda sprostredkoval gravitón. Ak sa nájde gravitón, očakáva sa, že bude bez hmotnosti (pretože pôsobí okamžite na veľké vzdialenosti) a bude mať spin 2 (pretože gravitácia je druhoradé tenzorové pole).

Je kvantová gravitácia dokázaná?

Hlavným problémom pri experimentálnom testovaní akejkoľvek teórie kvantovej gravitácie je to, že energetické hladiny potrebné na pozorovanie dohadov sú v súčasných laboratórnych experimentoch nedosiahnuteľné.

Aj teoreticky kvantová gravitácia naráža na vážne problémy. Gravitácia sa v súčasnosti vysvetľuje prostredníctvom teória všeobecnej relativity , ktorý robí veľmi odlišné predpoklady o vesmíre v makroskopickom meradle ako predpoklady kvantovej mechaniky v mikroskopickom meradle.

Pokusy o ich kombináciu vo všeobecnosti narážajú na „problém renormalizácie“, v ktorom sa súčet všetkých síl nezruší a výsledkom je nekonečná hodnota. V kvantovej elektrodynamike sa to občas stalo, ale na odstránenie týchto problémov by sa dalo renormalizovať matematiku. Takáto renormalizácia nefunguje v kvantovej interpretácii gravitácie.

Predpoklady kvantovej gravitácie sú vo všeobecnosti také, že takáto teória sa ukáže ako jednoduchá a zároveň elegantná, takže mnohí fyzici sa pokúšajú pracovať späť, predpovedajú teóriu, o ktorej sa domnievajú, že by mohla zodpovedať za symetrie pozorované v súčasnej fyzike, a potom zistia, či tieto teórie fungujú. .

Niektoré zjednotené teórie poľa, ktoré sú klasifikované ako teórie kvantovej gravitácie, zahŕňajú:

• Teória strún / Teória superstrun / M-teória
• Supergravitácia
• Slučková kvantová gravitácia
• Twistor theory
• Nekomutatívna geometria
• Euklidovská kvantová gravitácia
• Wheeler-deWittova rovnica

Samozrejme, je úplne možné, že ak kvantová gravitácia bude existovať, nebude to ani jednoduché, ani elegantné, v takom prípade sa k týmto pokusom pristupuje s chybnými predpokladmi a pravdepodobne by boli nepresné. Len čas a experimentovanie to určite ukáže.

Je tiež možné, ako predpovedajú niektoré z vyššie uvedených teórií, že pochopenie kvantovej gravitácie nielenže tieto teórie upevní, ale skôr zavedie zásadne nové chápanie priestoru a času.

UpravilAnne Marie Helmenstine, Ph.D.