Kvantu gravitācija ir vispārīgs termins teorijām, kuras mēģina gravitāciju apvienot ar otru fizikas pamat spēki (kuras jau ir apvienotas kopā). Tas parasti uzliek teorētisku vienību, gravitonu, kas ir virtuāla daļiņa, kas pastarpina gravitācijas spēku. Tas ir tas, kas atšķir kvantu gravitāciju no dažām citām vienota lauka teorijām, lai arī taisnīgums, dažām teorijām, kuras parasti klasificē kā kvantu gravitāciju, nav obligāti nepieciešams a gravitons.
Kas ir Gravitons?
Kvantu mehānikas standarta modelis (izstrādāts no 1970. līdz 1973. gadam) postulē, ka pārējie trīs fizikas pamat spēki tiek pastarpināti ar virtuālo bozonu starpniecību. Fotoni mediē elektromagnētisko spēku, W un Z bozoni - vāju kodolspēku, un gluoni (piemēram, kvarki) starpnieks spēcīgais kodolieroči.
Tādēļ gravitons būtu starpnieks gravitācijas spēkam. Ja gravitons tiks atrasts, sagaidāms, ka gravitons būs bez masas (jo tas uzreiz darbojas lielos attālumos) un tam ir 2. griešanās spēja (jo gravitācija ir otrās pakāpes tenzora lauks).
Vai ir pierādīts kvantu smagums?
Lielākā problēma, eksperimentāli pārbaudot jebkuru kvantu gravitācijas teoriju, ir tā, ka enerģijas līmeņi, kas nepieciešami pieņēmumu novēršanai, pašreizējos laboratorijas eksperimentos nav sasniedzami.
Pat teorētiski kvantu gravitācija nonāk nopietnās problēmās. Pašlaik gravitācija tiek izskaidrota ar vispārējās relativitātes teorija, kas makroskopiskā mērogā rada ļoti atšķirīgus pieņēmumus par Visumu nekā tie, kurus mikroskopiskā mērogā veica kvantu mehānika.
Mēģinājumi tos apvienot parasti nonāk "renormalizācijas problēmā", kurā visu spēku summa neizzūd un rada bezgalīgu vērtību. Kvantu elektrodinamikā tas notika neregulāri, taču matemātiku varēja renormalizēt, lai novērstu šos jautājumus. Šāda renormalizācija nedarbojas gravitācijas kvantu interpretācijā.
Kvantu gravitācijas pieņēmumi parasti ir tādi, ka šāda teorija izrādīsies gan vienkārša, gan eleganta, tāpēc daudzi fiziķi mēģina strādāt Atpakaļ, paredzot teoriju, kas, viņuprāt, varētu izskaidrot simetrijas, kas novērota pašreizējā fizikā, un tad redzēt, vai šīs teorijas darbojas.
Dažas vienotas lauka teorijas, kuras klasificē kā kvantu gravitācijas teorijas, ietver:
- Stīgu teorija / Superstring teorija / M-teorija
- Supergravitācija
- Cilpas kvantu gravitācija
- Twistor teorija
- Nekomutējoša ģeometrija
- Eiklīda kvantu gravitācija
- Wheeler-deWitt vienādojums
Protams, ir pilnīgi iespējams, ka ja pastāv kvantu gravitācija, tā nebūs ne vienkārša, ne eleganta, tādā gadījumā šiem mēģinājumiem tiek pielietoti kļūdaini pieņēmumi, un tas, iespējams, arī būtu neprecīzi. Tikai laiks un eksperimenti noteikti pateiks.
Ir arī iespējams, kā paredz dažas no iepriekšminētajām teorijām, ka izpratne par kvantu gravitāciju nebūs tikai konsolidēt teorijas, bet drīzāk ieviesīs principiāli jaunu izpratni par kosmosu un laiks.
Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.