Gravitatea cuantică este un termen general pentru teoriile care încearcă să unifice gravitația cu cealaltă forțe fundamentale ale fizicii (care sunt deja unificate împreună). În general prezintă o entitate teoretică, un graviton, care este o particulă virtuală care mediază forța gravitațională. Aceasta este ceea ce distinge gravitatea cuantică de anumite alte teorii unificate de câmp - deși, în corectitudinea, unele teorii care sunt clasificate în mod tipic ca gravitație cuantică nu necesită o graviton.
Ce este un Graviton?
Modelul standard al mecanicii cuantice (dezvoltat între 1970 și 1973) postulează că celelalte trei forțe fundamentale ale fizicii sunt mediate de bosoni virtuali. Fotonii mediază forța electromagnetică, bosonii W și Z mediază forța nucleară slabă și gluonii (cum ar fi cuarci) mediază forța nucleară puternică.
Prin urmare, gravitonul ar medita forța gravitațională. Dacă se găsește, gravitonul este de așteptat să fie fără masă (deoarece acționează instantaneu la distanțe mari) și să aibă spin 2 (deoarece gravitația este un câmp tensor de rangul doi).
Este dovedită gravitația cuantică?
Problema majoră în testarea experimentală a oricărei teorii a gravitației cuantice este aceea că nivelurile de energie necesare pentru a observa conjecturile nu sunt accesibile în experimentele de laborator curente.
Chiar și teoretic, gravitația cuantică are probleme grave. Gravitația este în prezent explicată prin intermediul teoria relativității generale, care face presupuneri foarte diferite despre univers la scara macroscopică decât cele făcute de mecanica cuantică la scara microscopică.
Încercările de a le combina în general se confruntă cu „problema renormalizării”, în care suma tuturor forțelor nu se anulează și rezultă într-o valoare infinită. În electrodinamica cuantică, acest lucru s-a întâmplat ocazional, dar s-ar putea renormaliza matematica pentru a elimina aceste probleme. O astfel de renormalizare nu funcționează într-o interpretare cuantică a gravitației.
Presupunerile gravitației cuantice sunt, în general, că o astfel de teorie se va dovedi atât simplă cât și elegantă, atât de mulți fizicieni încearcă să lucreze înapoi, prezicând o teorie pe care ei simt ar putea să o dea în calcul pentru simetriile observate în fizica actuală și apoi să vadă dacă aceste teorii funcționează.
Unele teorii de câmp unificate care sunt clasificate ca teorii ale gravitației cuantice includ:
- Teoria șirurilor / Teoria superstringului / teoria M
- supergravitatie
- Loop gravitația cuantică
- Teoria Twistor
- Geometrie necomutativă
- Gravitatea cuantică euclidiană
- Ecuația Wheeler-deWitt
Desigur, este pe deplin posibil ca, dacă există o gravitație cuantică, aceasta nu va fi nici simplă, nici elegantă, caz în care aceste încercări sunt abordate cu presupuneri defecte și, probabil, ar fi inexacte. Numai timpul și experimentarea vor spune cu siguranță.
Este, de asemenea, posibil, așa cum prevăd unele dintre teoriile de mai sus, că o înțelegere a gravitației cuantice nu o va face nu face decât să consolideze teoriile, ci va introduce mai degrabă o înțelegere fundamentală a spațiului și timp.
Editat de Anne Marie Helmenstine, Ph. D.