Ce este gravitația cuantică?

Gravitatea cuantică este un termen general pentru teoriile care încearcă să unifice gravitația cu celelalte forțe fundamentale ale fizicii (care sunt deja unificate împreună). În general prezintă o entitate teoretică, un graviton, care este o particulă virtuală care mediază forța gravitațională. Aceasta este ceea ce distinge gravitația cuantică de anumite alte teorii unificate de câmp - deși, în echitate, unele teorii care sunt clasificate tipic ca gravitație cuantică nu necesită în mod necesar un graviton.

Ce's un Graviton?

Modelul standard al mecanicii cuantice (dezvoltat între 1970 și 1973) postulează că celelalte trei forțe fundamentale ale fizicii sunt mediate de bosoni virtuali. Fotonii mediază forța electromagnetică, bosonii W și Z mediază forța nucleară slabă, iar gluonii (cum ar fi quarks) mediază forța nucleară puternică.

Prin urmare, gravitonul ar medita forța gravitațională. Dacă este găsit, gravitonul este de așteptat să fie fără masă (deoarece acționează instantaneu la distanțe mari) și să aibă 2 rotiri (deoarece gravitația este un câmp tensor de rangul doi).

Este dovedită gravitația cuantică?

Problema majoră în testarea experimentală a oricărei teorii a gravitației cuantice este aceea că nivelurile de energie necesare pentru a observa conjecturile nu sunt accesibile în experimentele de laborator curente.

Chiar și teoretic, gravitația cuantică are probleme grave. Gravitația este explicată în prezent prin teoria relativității generale, care face presupuneri foarte diferite despre univers la scara macroscopică decât cele realizate de mecanica cuantică la scara microscopică.

Încercările de combinare a acestora sunt în general „problema renormalizării”, în care suma tuturor forțelor nu se anulează și rezultă într-o valoare infinită. În electrodinamica cuantică, acest lucru s-a întâmplat ocazional, dar s-ar putea renormaliza matematica pentru a elimina aceste probleme. O astfel de renormalizare nu funcționează într-o interpretare cuantică a gravitației.

Ipotezele gravitației cuantice sunt, în general, că o astfel de teorie se va dovedi atât simplă, cât și elegantă, așa că mulți fizicieni încearcă să acționeze înapoi, prezicând o teorie care consideră că ar putea da seama de simetriile observate în fizica actuală și apoi văd dacă aceste teorii funcționează..

Unele teorii de câmp unificate care sunt clasificate ca teorii ale gravitației cuantice includ:

• Teoria șirurilor / Teoria superstringului / teoria M
• supergravitatie
• Loop gravitația cuantică
• Teoria Twistor
• Geometrie necomutativă
• Gravitatea cuantică euclidiană
• Ecuația Wheeler-deWitt

Desigur, este pe deplin posibil ca, dacă există gravitația cuantică, aceasta nu va fi nici simplă, nici elegantă, caz în care aceste încercări sunt abordate cu presupuneri defecte și, probabil, ar fi inexacte. Numai timpul și experimentarea vor spune cu siguranță.

Este, de asemenea, posibil, așa cum prevăd unele dintre teoriile de mai sus, că o înțelegere a gravitației cuantice nu va consolida doar teoriile, ci va introduce mai degrabă o înțelegere fundamental nouă a spațiului și a timpului..

Editat de Anne Marie Helmenstine, doctorat.