Kvantová gravitace je celkový termín pro teorie, které se pokoušejí sjednotit gravitaci s ostatními základní síly fyziky (které jsou již sjednoceny). Obecně představuje teoretickou entitu, graviton, což je virtuální částice, která zprostředkovává gravitační sílu. To je to, co odlišuje kvantovou gravitaci od některých dalších unifikovaných teorií pole - i když v poctivost, některé teorie, které jsou obvykle klasifikovány jako kvantová gravitace, nutně nevyžadují graviton.
Co je Graviton?
Standardní model kvantové mechaniky (vyvinutý v letech 1970 až 1973) předpokládá, že ostatní tři základní síly fyziky jsou zprostředkovány virtuálními bosony. Fotony zprostředkovávají elektromagnetickou sílu, bosony W a Z zprostředkovávají slabou jadernou sílu a gluony (jako je kvarky) zprostředkovávají silnou jadernou sílu.
Graviton by tedy zprostředkoval gravitační sílu. Pokud je nalezen, očekává se, že graviton nebude bezhmotný (protože působí okamžitě na velké vzdálenosti) a má rotaci 2 (protože gravitace je tenzorové pole druhého stupně).
Je prokázána kvantová gravitace?
Hlavním problémem při experimentálním testování jakékoli teorie kvantové gravitace je to, že úrovně energie potřebné k pozorování dohadů jsou v současných laboratorních experimentech nedosažitelné.
I teoreticky se kvantová gravitace potýká s vážnými problémy. Gravitace je v současné době vysvětlena prostřednictvím teorie obecné relativity, což dělá velmi odlišné předpoklady o vesmíru v makroskopickém měřítku, než jaké byly učiněny kvantovou mechanikou v mikroskopickém měřítku.
Pokusy o jejich kombinování se obecně dostávají do „renormalizačního problému“, ve kterém se součet všech sil nezruší a nevede k nekonečné hodnotě. V kvantové elektrodynamice se to občas stalo, ale bylo by možné matematiku znovu přejmenovat, aby se tyto problémy odstranily. Taková renormalizace nefunguje v kvantové interpretaci gravitace.
Předpoklady kvantové gravitace jsou obecně takové, že se taková teorie ukáže být jednoduchá a elegantní, takže se mnoho fyziků snaží pracovat zpětně, předpovídat teorii, o které se domnívají, že by mohla vysvětlit symetrii pozorovanou v současné fyzice, a pak zjistit, zda tyto teorie fungují.
Některé sjednocené teorie pole, které jsou klasifikovány jako teorie kvantové gravitace, zahrnují:
- Teorie strun / Teorie superstrun / M-teorie
- Supergravity
- Smyčka kvantové gravitace
- Twistorova teorie
- Nesouvislá geometrie
- Euklidovská kvantová gravitace
- Wheeler-deWittova rovnice
Samozřejmě je zcela možné, že pokud existuje kvantová gravitace, nebude to ani jednoduché, ani elegantní, v tom případě se k těmto pokusům přistupuje s chybnými předpoklady a pravděpodobně by tomu tak bylo nepřesné. Určitě to prozradí pouze čas a experimenty.
Je také možné, jak některé z výše uvedených teorií předpovídají, že pochopení kvantové gravitace nebude pouze konsolidují teorie, ale spíše zavedou zásadně nové chápání vesmíru a čas.
Editoval Anne Marie Helmenstine, Ph. D.