Kvantegravitasjon er en samlet betegnelse på teorier som prøver å forene tyngdekraften med den andre fysiske grunnleggende krefter (som allerede er samlet sammen). Det utgjør generelt en teoretisk enhet, et graviton, som er en virtuell partikkel som formidler gravitasjonskraften. Det er dette som skiller kvantetyngdekraft fra visse andre enhetlige feltteorier - selv om rettferdighet, noen teorier som vanligvis klassifiseres som kvantetyngdekraft, trenger ikke nødvendigvis a graviton.
Hva er en Graviton?
Standardmodellen for kvantemekanikk (utviklet mellom 1970 og 1973) postulerer at de tre andre fysiske grunnleggende krefter er formidlet av virtuelle bosoner. Fotoner medierer den elektromagnetiske kraften, W og Z-bosoner medierer den svake atomkraften, og gluoner (som f.eks. kvarker) formidle den sterke kjernefysiske styrken.
Gravitonet ville derfor formidle gravitasjonskraften. Hvis det blir funnet, forventes graviton å være masseløs (fordi den virker øyeblikkelig på lange avstander) og ha spinn 2 (fordi tyngdekraften er et tensor-felt i andre rangering).
Er kvantetyngdekraft påvist?
Hovedproblemet ved eksperimentell testing av teori om kvantetyngdekraft er at energinivåene som kreves for å observere formodningene er uoppnåelige i nåværende laboratorieforsøk.
Selv teoretisk har kvantegravitasjonen alvorlige problemer. Gravitasjon forklares for øyeblikket gjennom teori om generell relativitet, som gjør veldig forskjellige antagelser om universet i den makroskopiske skalaen enn de som er gjort av kvantemekanikken i den mikroskopiske skalaen.
Forsøk på å kombinere dem støter vanligvis på "renormaliseringsproblemet", der summen av alle kreftene ikke avbryter og resulterer i en uendelig verdi. I kvanteelektrodynamikk skjedde dette av og til, men man kunne omformere matematikken for å fjerne disse problemene. Slik renormalisering fungerer ikke i en kvantetolkning av tyngdekraften.
Forutsetningene om kvantetyngdekraft er generelt at en slik teori vil vise seg å være både enkel og elegant, så mange fysikere prøver å jobbe bakover, forutsi en teori som de føler kan forklare symmetriene som er observert i dagens fysikk og deretter se om disse teoriene fungerer.
Noen enhetste feltteorier som er klassifisert som kvante tyngdekraftteorier inkluderer:
- Stringteori / Superstring theory / M-theory
- supergravity
- Loop kvantetyngdekraft
- Twistor teori
- Ikke-kommitativ geometri
- Euklidisk kvantetyngdekraft
- Wheeler-deWitt-ligningen
Selvfølgelig er det fullt mulig at hvis kvantetyngdekraft ikke eksisterer, vil det verken være enkelt eller elegant, i hvilket tilfelle disse forsøkene blir nærmet med feil antagelser, og sannsynligvis vil være unøyaktig. Bare tid og eksperimentering vil fortelle det med sikkerhet.
Som noen av de ovennevnte teoriene forutsier, er det også mulig at en forståelse av kvantetyngdekraften ikke vil gjøre det bare konsolidere teoriene, men vil heller innføre en grunnleggende ny forståelse av rom og tid.
Redigert av Anne Marie Helmenstine, ph.d.