Квантовая гравитация является общим термином для теорий, которые пытаются объединить гравитацию с другими фундаментальные силы физики (которые уже объединены вместе). Как правило, он представляет собой теоретическую сущность, гравитон, который представляет собой виртуальную частицу, которая опосредует гравитационную силу. Это то, что отличает квантовую гравитацию от некоторых других единых теорий поля - хотя в Справедливости ради, некоторые теории, которые обычно классифицируются как квантовая гравитация, не обязательно требуют гравитон.
Что такое Гравитон?
Стандартная модель квантовой механики (разработанная между 1970 и 1973 гг.) Постулирует, что остальные три фундаментальные силы физики опосредованы виртуальными бозонами. Фотоны опосредуют электромагнитную силу, W и Z-бозоны опосредуют слабую ядерную силу, а глюоны (такие как кварки) опосредовать сильные ядерные силы.
Следовательно, гравитон будет опосредовать гравитационную силу. Ожидается, что в случае обнаружения гравитон будет безмассовым (поскольку он действует мгновенно на больших расстояниях) и будет иметь спин 2 (поскольку гравитация является тензорным полем второго ранга).
Квантовая гравитация доказана?
Основная проблема при экспериментальном тестировании любой теории квантовой гравитации состоит в том, что уровни энергии, необходимые для наблюдения гипотез, недостижимы в современных лабораторных экспериментах.
Даже теоретически, квантовая гравитация сталкивается с серьезными проблемами. Гравитация в настоящее время объясняется через теория общей теории относительности, что делает совершенно другие предположения о Вселенной в макроскопическом масштабе, чем те, которые сделаны квантовой механикой в микроскопическом масштабе.
Попытки объединить их обычно наталкиваются на «проблему перенормировки», в которой сумма всех сил не сводится на нет и приводит к бесконечному значению. В квантовой электродинамике это случалось иногда, но можно перенормировать математику, чтобы устранить эти проблемы. Такая перенормировка не работает в квантовой интерпретации гравитации.
Предположения о квантовой гравитации, как правило, заключаются в том, что такая теория окажется простой и элегантной, поэтому многие физики пытаются работать назад, предсказание теории, которую они чувствуют, может объяснить симметрии, наблюдаемые в современной физике, а затем посмотреть, работают ли эти теории.
Некоторые объединенные теории поля, которые классифицируются как теории квантовой гравитации, включают в себя:
- Теория струн / Теория суперструн / М-теория
- Супергравитация
- Петля квантовой гравитации
- Твисторная теория
- Некоммутативная геометрия
- Евклидова квантовая гравитация
- Уравнение Уилера-де Витта
Конечно, вполне возможно, что если квантовая гравитация существует, она не будет ни простой, ни изящной, в этом случае эти попытки рассматриваются с ошибочными предположениями и, вероятно, будут неточный. Только время и эксперименты скажут наверняка.
Также возможно, как предсказывают некоторые из приведенных выше теорий, что понимание квантовой гравитации не будет просто консолидировать теории, но скорее введет принципиально новое понимание пространства и время.
Отредактировано Энн Мари Хельменстин, доктор философии