Kvantna gravitacija

Kvántna gravitácija je področje teoretične fizike, ki poskuša opisati gravitacijo po načelih kvantne mehanike, in kjer kvantnih pojavov ni mogoče zanemariti^[1] – na primer blizu strnjenih astrofizikalnih teles, kjer so gravitacijski pojavi močni.

Trenutno razumevanje gravitacije temelji na Einsteinovi splošni teoriji relativnosti, ki je formulirana znotraj okvira klasične fizike. Na drugi strani so druge tri osnovne sile fizike opisane v okviru kvantne mehanike in kvantne teorije polja, ki sta radikalno različna formalizma za opisovanje fizikalnih pojavov.^[2] Včasih razpravljajo, da je kvantnomehanski opis gravitacije nujen na podlagah, kjer ni moč konsistentno združiti klasičnega sistema s kvantnim.^{[3][4]:11–12}

Medtem ko je kvantna teorija gravitacije nujna za spravitev splošne teorije relativnosti z načeli kvantne mehanike, težave nastopijo pri rabi običajnih predpisov kvantne teorije polja na gravitacijo prek gravitonskih bozonov.^[5] Problem je, da tako dobljena teorija ni renormalizabilna (za nekatere opazljive značilnosti, kot je na primer masa delcev, napoveduje neskončne vrednosti), in zato se je ne da uporabiti, da bi dajala smiselne fizikalne napovedi. Zaradi tega so teoretiki pograbili radikalnejše pristope k problemu kvantne gravitacije, med katerimi sta najpriljubnejša teorija strun in zančna kvantna gravitacija.^[6] Čeprav nekatere teorije kvantne gravitacije, kot je na primer teorija strun, poskušajo združiti gravitacijo z drugimi osnovnimi silami, pa nekatere druge, kot je na primer zančna kvantna gravitacija, tega ne poskušajo – ter namesto tega poskušajo kvantizirati gravitacijsko polje, ločeno od drugi sil.

Strogo govoreč je cilj kvantne gravitacije le opis kvantnega obnašanja gravitacijskega polja in se ga ne sme zamenjevati s ciljem združitve vseh osnovnih sil v eno matematično ogrodje. Kvantna teorija polja gravitacije, ki je združena s teorijo velikega poenotenja (GUT), se včasih nanaša na teorijo vsega (TOE). Medtem ko bi vsakršno znatno izboljšanje trenutnega razumevanja gravitacije prispevalo k nadaljnjemu delu združitve, je študij kvantne gravitacije samo po sebi samostojno področje z različnimi vejami pristopov do združitve.

Ena od težav formuliranja teorije kvantne gravitacije je, da se kvantni gravitacijski pojavi pojavijo le v merilih dolžin blizu Planckove dolžine približno 10⁻³⁵ metra, ki je v veliko manjšem merilu in enakovredno v veliko večjem merilu energij od trenutno dostopnih z visokoenergijskimi pospeševalniki delcev. Zato fiziki nimajo eksperimentalnih podatkov, ki bi lahko razločevali med predlaganimi teorijami,^{[a] [b]} in so tako za preskušanje teh teorij predlagali pristope na podlagi miselnih preskusov.^[7][8][9] Eden od osnovnih razlogov za izjemno majhne kvantne učinke v gravitacijskem polju je tudi, da je gravitacijska sklopitvena konstanta ${\displaystyle \alpha _{\kappa }\!\,}$ približno 4,17×10⁴²-krat manjša od konstante fine strukture ${\displaystyle \alpha \!\,}$, ki je odgovorna za interakcije med svetlobo in snovjo, ter predstavlja jakost interakcije med fotoni in elektroni:^[8]

${\displaystyle {\frac {1}{N}}={\frac {\alpha _{\kappa }}{\alpha }}={\frac {\kappa }{\kappa _{\rm {e}}}}{\frac {m_{\rm {e}}^{2}}{e_{0}}}=0,240059\cdot 10^{-42}\!\,,}$

kjer je:

• ${\displaystyle N\!\,}$ – prvo Reesovo število,
• ${\displaystyle \kappa \!\,}$ – gravitacijska konstanta,
• ${\displaystyle \kappa _{\rm {e}}\!\,}$ – Coulombova konstanta
• ${\displaystyle m_{\rm {e}}\!\,}$ – masa elektrona,
• ${\displaystyle e_{0}\!\,}$ – osnovni naboj.

1. ↑ Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani scholarpedia, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
2. ↑ Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani griffiths_2004, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
3. ↑ ^{3,0 3,1} Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani wald_1984, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
4. ↑ Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani FLoG, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
5. ↑ Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani :1, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
6. ↑ Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani penrose_2007, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
7. ↑ Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani bose_2017, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
8. ↑ ^{8,0 8,1} Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani marletto_2017, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).
9. ↑ Napaka pri navajanju: Neveljavna oznaka <ref>; sklici, poimenovani nemirovsky_2018, ne vsebujejo besedila (glej stran pomoči).

Napaka pri navajanju: Obstajajo <ref group=lower-alpha> oznake ali predloge {{efn}} na tej strani, toda sklici se ne bodo izpisali brez predloge {{sklici|group=lower-alpha}}  ali predloge {{notelist}} (glej stran pomoči).