Kvanttipaino on yleinen termi teorioille, jotka yrittävät yhdistää painovoiman toisiinsa fysiikan perusvoimat (jotka ovat jo yhtenäisiä yhdessä). Se yleensä asettaa teoreettisen kokonaisuuden, gravitonin, joka on virtuaalinen hiukkanen, joka välittää painovoimaa. Tämä erottaa kvanttigravitaation tietyistä muista yhtenäisistä kenttäteorioista - vaikka vuonna oikeudenmukaisuus, jotkut teoriat, jotka tyypillisesti luokitellaan kvanttigravitaatioksi, eivät välttämättä vaadi a Gravitoni.
Mikä on Graviton?
Kvanttimekaniikan vakiomalli (kehitetty vuosien 1970 ja 1973 välillä) olettaa, että kolme muuta fysiikan perusvoimat ovat välitettyinä virtuaaliposoneilla. Fotonit välittävät sähkömagneettista voimaa, W- ja Z-bosonit välittävät heikkoa ydinvoimaa, ja gluonit (kuten kvarkkien) välittämään voimakasta ydinvoimaa.
Siksi gravitoni välittäisi painovoimaa. Jos gravitoni löytyy, sen odotetaan olevan massaton (koska se toimii hetkellisesti pitkillä etäisyyksillä) ja spin 2 (koska painovoima on toisen asteen tenorikenttä).
Onko kvanttipaino todistettu?
Suurin ongelma minkä tahansa kvanttigravitaation teorian testaamisessa on se, että olettamien tarkkailemiseen tarvittavat energiatasot eivät ole saavutettavissa nykyisissä laboratoriokokeissa.
Jopa teoreettisesti kvanttigravitaatio törmää vakaviin ongelmiin. Painovoima selitetään tällä hetkellä yleisen suhteellisuusteorian teoria, joka tekee hyvin erilaisia oletuksia maailmankaikkeudesta makroskooppisessa mittakaavassa kuin kvanttimekaniikan tekemät mikroskooppisessa mittakaavassa.
Yritykset yhdistää ne joutuvat yleensä "renormalisointiongelmaan", jossa kaikkien voimien summa ei lopu ja johtaa loputtomaan arvoon. Kvantielektrodynamiikassa tämä tapahtui satunnaisesti, mutta matematiikka voitaisiin renormalisoida näiden ongelmien poistamiseksi. Tällainen renormalisointi ei toimi painovoiman kvantitulkinnassa.
Kvanttigravitaation oletukset ovat yleensä, että tällainen teoria osoittautuu sekä yksinkertaiseksi että tyylikäkseksi, joten monet fyysikot yrittävät toimia taaksepäin, ennustamalla teoriaa, joka heidän mielestään saattaa ottaa huomioon nykyisessä fysiikassa havaitut symmetriat, ja sitten nähdä, toimivatko nämä teoriat toimivat.
Joitakin yhtenäisiä kenttäteorioita, jotka luokitellaan kvanttigravitaatioteorioiksi, ovat:
- Jousteoria / Superstring-teoria / M-teoria
- supergravitaatio
- Silmukka kvanttipaino
- Twistor-teoria
- Ei kommutatiivinen geometria
- Euklidinen kvanttipaino
- Wheeler-deWitt-yhtälö
Tietenkin, on täysin mahdollista, että jos kvanttigravitaatiota on olemassa, se ei ole yksinkertainen eikä tyylikäs, jolloin näitä yrityksiä lähestytään virheellisillä oletuksilla ja todennäköisesti niin olisi epätarkka. Vain aika ja kokeilu kertovat varmasti.
On myös mahdollista, kuten jotkut yllä olevista teorioista ennustavat, että kvanttigravitaation ymmärtäminen ei tule pelkästään vakiinnuttaa teoriat, vaan tuo pikemminkin käyttöön täysin uudenlaisen käsityksen avaruudesta ja aika.
Muokannut Tohtori Anne Marie Helmenstine