A kvantum gravitáció az elméletek átfogó kifejezése, amelyek megpróbálják egyesíteni a gravitációt a másikkal a fizika alapvető erői (amelyek már egyesülnek együtt). Általában egy elméleti entitás, a graviton, amely egy virtuális részecske, amely közvetíti a gravitációs erőt. Ez az, ami megkülönbözteti a kvantum gravitációt bizonyos más egységes terepi elméletektől - bár, a méltányosság, néhány olyan kvantitatív gravitációs osztályba sorolt elmélet nem feltétlenül igényel a graviton.
Mi a Graviton?
A kvantummechanika standard modellje (amelyet 1970 és 1973 között fejlesztettek ki) feltételezi, hogy a másik három a fizika alapvető erői virtuális bozonok közvetítik. A fotonok közvetítik az elektromágneses erőt, a W és Z boszonok közvetítik a gyenge nukleáris erőt, a gluonok (például kvarkok) közvetíti az erős nukleáris erőt.
A graviton tehát a gravitációs erőt közvetíti. Ha megtalálják, akkor a graviton várhatóan tömeg nélküli (mert azonnali hatást vált ki nagy távolságra) és 2-es spinvel rendelkezik (mivel a gravitáció egy második osztályú tenzor mező).
Bizonyított-e a kvantum gravitáció?
A kvantitatív gravitáció elméleteinek kísérleti tesztelésénél a legnagyobb probléma az, hogy a sejtések megfigyeléséhez szükséges energiaszint elérhetetlen a jelenlegi laboratóriumi kísérletekben.
Még elméletileg a kvantitatív gravitáció is súlyos problémákba ütközik. A gravitáció jelenleg a általános relativitáselmélet, amely nagyon eltérő feltételezéseket tesz a világegyetemről a makroszkopikus skálán, mint a kvantummechanika a mikroszkópos skálán.
Az ezek kombinálására tett kísérletek általában „renormalizációs problémába” kerülnek, amelyben az összes erõ összege nem szûnik meg, és végtelen értéket eredményez. A kvantum-elektrodinamikában ez alkalmanként megtörtént, ám ezeket a kérdéseket el lehet távolítani a matematikából. Az ilyen renormalizáció nem működik a gravitáció kvantum értelmezésében.
A kvantitatív gravitáció feltételezései általában azt mutatják, hogy egy ilyen elmélet egyszerû és elegánsnak bizonyul, ezért sok fizikus próbál dolgozni hátrafelé, előre jelezve egy olyan elméletet, amely érzésük szerint figyelembe veszi a jelenlegi fizikában megfigyelt szimmetriákat, majd megnézheti, hogy ezek az elméletek működnek-e.
Néhány egységes teoretikus elmélet, amelyet kvantum gravitációs elméletként osztályoznak, a következők:
- Húros elmélet / Szuperstring elmélet / M-elmélet
- szupergravitáció
- Hurok kvantum gravitáció
- Twistor elmélet
- Nem kommutív geometria
- Euklideszi kvantum gravitáció
- Wheeler-deWitt egyenlet
Természetesen teljesen lehetséges, hogy ha létezik kvantális gravitáció, akkor sem egyszerű, sem elegáns lesz, ebben az esetben ezeket a kísérleteket hibás feltételezésekkel közelítik meg, és valószínűleg az is lesz pontatlan. Csak az idő és a kísérlet fogja biztosan megmondani.
Az is lehetséges, hogy a fenti elméletek közül néhány jósolja, hogy a kvantitatív gravitáció megértése nem fog pusztán az elméletek megszilárdítása, hanem egy alapvetõen új megértés bevezetése a térrõl és a térrõl idő.
Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.