Kvantgravitatsioon on üldteos teooriatele, mis üritavad gravitatsiooni teisega ühendada füüsika põhijõud (mis on juba üksteisega ühendatud). Üldiselt positsioneerib see teoreetilist üksust, gravitoni, mis on gravitatsioonijõudu vahendav virtuaalne osake. See eristab kvantgravitatsiooni teatavatest muudest ühtsetest väljateooriatest - ehkki õiglus, mõned teooriad, mida tavaliselt klassifitseeritakse kvantgravitatsiooniks, ei vaja tingimata a graviton.
Mis on Graviton?
Kvantmehaanika standardmudel (töötatud välja aastatel 1970–1973) postuleerib, et ülejäänud kolm füüsika põhijõud on vahendatud virtuaalsete bosonide kaudu. Footonid vahendavad elektromagnetilist jõudu, W- ja Z-bosonid vahendavad nõrka tuumajõudu ning glüoonid (nt kvargid) vahendab tugevat tuumajõudu.
Seetõttu vahendaks graviton gravitatsioonijõudu. Kui graviton leitakse, on see eeldatavasti massitu (kuna see toimib silmapilkselt pikkadel vahemaadel) ja sellel on spinn 2 (kuna gravitatsioon on teise järgu tensoväli).
Kas kvantgravitatsioon on tõestatud?
Mis tahes kvantgravitatsiooni teooria eksperimentaalsel testimisel on suurimaks probleemiks see, et oletuste vaatlemiseks vajalikud energiatasemed pole praegustes laborikatsetes kättesaamatud.
Isegi teoreetiliselt satub kvantgravitatsioon tõsistesse probleemidesse. Gravitatsiooni selgitatakse praegu üldrelatiivsusteooria, mis teeb makroskoopilisel skaalal universumi kohta väga erinevaid eeldusi kui kvantmehaanika mikroskoopilisel skaalal tehtud eeldused.
Katsed neid ühendada satuvad üldjuhul "renormaliseerimisprobleemi", kus kõigi jõudude summa ei kustu ja annab lõpmatu väärtuse. Kvant-elektrodünaamikas juhtus see aeg-ajalt, kuid nende probleemide eemaldamiseks võiks matemaatika ümber vormistada. Selline renormaliseerimine gravitatsiooni kvantitõlgendusena ei toimi.
Kvantgravitatsiooni eeldused on üldiselt, et selline teooria osutub nii lihtsaks kui ka elegantseks, nii et paljud füüsikud proovivad töötada tahapoole, ennustades teooriat, mis nende arvates võiks arvestada praeguses füüsikas täheldatud sümmeetriatega, ja siis vaatama, kas need teooriad töötavad.
Mõned ühtsed väljateooriad, mida liigitatakse kvantgravitatsiooniteooriateks, hõlmavad:
- Keelteooria / Superstringi teooria / M-teooria
- Ülimass
- Silmuse kvantgravitatsioon
- Twistori teooria
- Mittekommutatiivne geomeetria
- Eukleidese kvantgravitatsioon
- Wheeler-deWitti võrrand
Muidugi on täiesti võimalik, et kui kvantgravitatsioon eksisteerib, pole see lihtne ega elegantne, sel juhul lähenetakse neile katsetele ekslike eeldustega ja tõenäoliselt see ka nii oleks ebatäpne. Ainult aeg ja katsetamine ütlevad kindlalt.
Samuti on võimalik, nagu mõned ülaltoodud teooriad ennustavad, et kvantgravitatsiooni mõistmine seda ei võimalda üksnes konsolideerida teooriaid, vaid tutvustab põhimõtteliselt uut arusaama kosmosest ja aeg.
Toimetanud Anne Marie Helmenstine, Ph.