Loopkvantgravitation

Loopkvantgravitation (LKG) eller slingkvantgravitation (efter engelska: loop quantum gravity) är en föreslagen teori som förenar kvantmekaniska teorier (kvantfältteorier) och gravitation. Grundkonceptet är att rumtiden är kvantiserad vilket betyder att rummet och i viss mån tiden finns i ett slags minsta diskret struktur. Teorin introducerades av Amitaba Sen och Abhay Ashtekar 1986 och utgår från att tillämpa kvantmekanik på en formulering av allmänna relativitetsteorin. Teorin är ett av några få förespråkade alternativ till en sådan länge eftersökt beskrivning av kvantiserad gravitation. För andra alternativ, se artikeln om kvantgravitation. Namnet loopkvantgravitation kommer av att man försöker kvantisera gravitationen genom att använda en metod som kallas loopkvantisering, som formulerar teorin i termer av så kallade Wilsonloopar, eller Wilsonslingor.

Varför loopar? Ett skäl är att det uppstår besvärliga oändligheter när modern fysik ska förklara partiklar med hjälp av fält. En partikel i detta sammanhang är hur liten som helst – man kan komma oändligt nära. Detta problem löses i kvantfältteori genom så kallad renormering och fungerar för den elektrosvaga och den starka kraften. Men denna procedur fungerar inte alls när man försöker kvantisera gravitationen på samma sätt. Problemet kan lösas antingen genom att förneka att rumtiden är kontinuerlig eller att införa en dualitetsprincip och låta partikeln vara en pytteliten sträng. LKG utnyttjar båda sätten. För detta krävs nya matematiska verktyg och nya begrepp.

Elementarpartiklars inneboende rörelsemängdsmoment kallas spinn. LKG arbetar med spinn-nätverk, som är grafer, vars kanter åsatts tal som representerar spinnet. Varje kvanttillstånd för rumsgeometrin representeras av ett spinn-nätverk. Spinn-nätverken existerar inte i rummet – det är deras struktur som alstrar rummet. Genom att på olika sätt låta spinn-nätverk utvecklas i tiden, kan man åstadkomma den önskvärda diskreta rumtidsstrukturen. Detta blir ett slags kvantmekanisk motsvarighet till Einsteins ekvationer.

I den riktigt lilla skalan på Planck-nivån är rumtiden inte längre jämn, utan har en löddrig karaktär. I loopkvantgravitationen har sådana spinn-nätverk som utvecklas i rumtiden döpts till spinnskum (eng. spin foam). Studiet av spinnskum har vuxit till ett nytt forskningsområde inom loopkvantgravitationen. Ungefär som etern väljer den strukturen ut en privilegierad referensram och är därför inte kompatibel med Lorentz-invarians – en symmetri i speciella relativitetsteorin. Dess existens verkar därför inte gå ihop med experiment av Michelson-Morley-typ.