Kvantna gravitacija je celotni izraz za teorije, ki poskušajo poenotiti gravitacijo z drugo temeljne sile fizike (ki so že združeni skupaj). Na splošno predstavlja teoretično entiteto, graviton, ki je virtualni delček, ki posreduje gravitacijsko silo. To razlikuje kvantno gravitacijo od nekaterih drugih teorij polja, čeprav v pravičnost, nekatere teorije, ki jih običajno klasificiramo kot kvantno gravitacijo, ne zahtevajo nujno graviton.
Kaj je Graviton?
Standardni model kvantne mehanike (razvit med 1970 in 1973) predpostavlja, da ostali trije temeljne sile fizike posredujejo virtualni bozoni. Fotoni posredujejo elektromagnetno silo, W in Z bozoni posredujejo šibko jedrsko silo in gluoni (npr. kvarki) posreduje močna jedrska sila.
Zato bi graviton posredoval gravitacijsko silo. Če ga najdemo, naj bi bil graviton množičen (ker deluje takoj na velike razdalje) in ima spin 2 (ker je gravitacija tenzorskega polja drugega ranga).
Ali je kvantna gravitacija dokazana?
Glavna težava pri eksperimentalnem testiranju katere koli teorije kvantne gravitacije je, da so ravni energije, ki so potrebne za opazovanje domnev, v trenutnih laboratorijskih poskusih nedosegljive.
Tudi teoretično kvantna gravitacija naleti na resne težave. Gravitacija je trenutno pojasnjena s pomočjo teorija splošne relativnosti, kar daje zelo drugačne domneve o vesolju na makroskopskem merilu od tistih, ki jih navaja mikroskopska kvantna mehanika.
Poskusi, da jih združimo, na splošno naletijo na "problem renormalizacije", v katerem seštevek vseh sil ne ukine in ima za posledico neskončno vrednost. V kvantni elektrodinamiki se je to občasno dogajalo, vendar bi lahko matematiko renormalizirali in odpravili te težave. Takšna renormalizacija ne deluje v kvantni interpretaciji gravitacije.
Predpostavke kvantne gravitacije so na splošno, da se bo takšna teorija izkazala za preprosto in elegantno, zato mnogi fiziki poskušajo delati za nazaj in napovedovanje teorije, za katero menijo, da bi lahko upoštevala simetrije, ki jih opažamo v trenutni fiziki, in nato videli, ali te teorije delujejo.
Nekatere poenotene teorije polja, ki so razvrščene kot teorije kvantne gravitacije, vključujejo:
- Teorija strun / Teorija superstrov / M-teorija
- Supergravitacija
- Kvantna gravitacija zanke
- Twistorjeva teorija
- Nekomutativna geometrija
- Evklidska kvantna gravitacija
- Wheeler-deWittova enačba
Seveda je povsem mogoče, da če kvantna gravitacija obstaja, ne bo niti preprosta niti elegantna, v tem primeru se tem poskusom približajo z napačnimi predpostavkami in verjetno bi netočno. Samo čas in eksperimentiranje bosta zagotovo povedala.
Možno je tudi, da nekatere zgornje teorije predvidevajo, da kvantna gravitacija ne bo razumela zgolj utrdila teorije, ampak bo raje vnesla bistveno novo razumevanje prostora in čas.
Uredil Anne Marie Helmenstine, dr.