**양자 중력**(**Quantum gravity QG**)은 양자역학의 원리에 따라 중력을 설명하고자 하는 이론물리학의 한 분야이다. 양자 중력은 중력이나 양자 효과들을 무시할 수 없는 환경, 및 대폭발(빅뱅) 직후 우주의 초기 단계들과 같이 중력이나 양자 효과들을 모두 무시할 수 없는 환경들을 다룬다.

양자역학과 양자장론의 틀 안에서 자연의 네 가지 기본 상호작용들 중 세 가지, 즉 전자기력, 강력 및 약력이 설명되고 있으며, 중력만이 유일하게 충분히 수용되지 않은 상호작용으로 남아있다. 현재 중력에 대한 이해는 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성이론에 기반을 두고 있으며, 이것은 특수 상대성이론을 통합하고 시간과 공간과 같은 개념에 대한 이해를 깊게 수정했다. 일반 상대성이론은 우아함과 정확성으로 높은 평가를 받고 있지만, 블랙홀들 내부의 중력 특이점들, 암흑 물질에 대한 임시 가정 그리고 암흑 에너지와 우주 상수와의 관계는 현재 중력에 관한 미해결 미스터리들 중 하나이다; 이 모든 것들은 다른 규모들에서 일반 상대성이론의 붕괴를 예고하고 또한 양자 영역으로 들어가는 중력 이론의 필요성을 강조하고 있다. 블랙홀의 중심 근처와 같이 플랑크 길이에 가까운 거리들에서는 시공간의 양자 요동들이 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 이 연구 분야는 현상학적 양자중력(phenomenological quantum gravity)이라고 불린다.

## 개요
모든 에너지 규모들에서 이러한 이론을 맞추는 데 있어 많은 어려움은 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 각 이론의 다양한 가정들에서 비롯된다. 일반 상대성이론은 중력을 시공간 곡률로 모델링한다; 존 아치볼드 휠러의 슬로건에서 "시공간은 물질이 움직이는 방법을 알려주고, 물질은 시공간이 휘어지는 방법을 알려준다."

양자 중력 이론을 통해 블랙홀들의 거동과 우주의 기원과 같이 매우 높은 에너지와 매우 작은 차원의 공간 문제를 이해할 수 있을 것으로 널리 기대되고 있다.

## 양자역학과 일반 상대성이론

### 중력자
중력을 제외한 모든 기본 상호작용에는 하나 이상의 알려진 매개 입자들이 있다는 관찰로 인해 연구자들은 중력을 위해 적어도 하나는 존재해야 한다고 믿게 되었다. 이 가상의 입자를 ''중력자''라고 한다. 이 입자는 전자기력의 광자와 유사한 힘 입자 역할을 한다. 가벼운 가정 하에서는, 일반 상대성이론의 구조는 상호작용하는 이론적 스핀 2인 질량이 없는 입자들에 대한 양자역학적 설명을 따르기를 요구한다.

### 늘입자
늘입자(dilaton)는 중력과 전자기력을 결합한 5차원의 이론인 칼루자-클레인 이론에서 처음 등장했다. 이는 끈이론에서 또한 등장한다. 그러나, 이는 저차원의 다체(many-bodied) 중력 문제의 중심이 되었다

이는 중력, 양자화, 그리고 전자기 상호작용을 합친다. 이 결과는 일반 상대성이론과 양자역학 사이의 과거에는 몰랐지만 이미 존재하고 있는 자연적인 연관성을 드러내었다. 이 이론은 3+1 차원으로의 일반화에 있어 명확성이 부족하다. 그러나, 최근에 올바른 좌표 조건을 통해 이루어진 3+1차원에서의 유도는 이전의 로그 슈뢰딩거 방정식(logarithmic Schrödinger equation) 마지막으로, R=T 이론이 중력, 전자기력, 그리고 양자역학적인 효과를 통합할 수 있기 때문에, 이들의 결합은 우주론과 실험을 통해 이론을 시험해보는 수단으로 이어질 수 있는 가능성이 존재한다.
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### 유효 장론으로서의 양자 중력
어떤 유효 장론에서 재규격화 불능 이론의 무한한 매개 변수 세트 중 처음 몇 개를 제외한 모든 매개 변수들은 거대한 에너지 눈금들에 의해 억제되므로, 따라서 저에너지 효과를 계산할 때 무시할 수 있다. 그러므로, 적어도 저에너지 영역에서 그 모형은 예측 가능한 양자장론이다.

여기서 

일반 상대성이론을 유효 장론으로 취급함으로써 적어도 저에너지 현상에 대해서는 양자 중력에 대한 정당한 예측을 할 수 있다. 일례로 두 질량 사이의 고전적 뉴턴 중력 퍼텐셜에 대한 미세한 1차 양자역학적 보정은 잘 알려진 계산이다.

### 준고전적 양자 중력
곡선(비-민코프스키) 배경에 대한 양자장론은 완전한 양자 중력 이론은 아니지만 많은 유망한 초기 결과들을 보여주었다. 20세기 초에 (물리학자들이 고전적 전자기장에서 양자역학을 고려했던) 양자 전기역학의 발전과 유사하게, 곡면 배경에서 양자장론의 고려가 블랙홀 복사와 같은 예측을 이끌어 낼 수 있었다.

입자가 특정 가속 프레임에는 존재하지만 정지된 프레임에는 존재하지 않는 언루 효과와 같은 현상들은 곡면 배경에서 고려할 때는 아무런 어려움이 없다 (언루 효과는 평평한 민코프스키 배경에서조차 발생한다). 진공 상태는 에너지가 가장 적은 상태이다(또한 입자들을 포함할 수도 있고 또는 포함하지 않을 수도 있다).

### 시간의 문제
양자역학과 일반 상대성이론을 결합하는 데 있어 개념적 어려움은 이 두 프레임워크 내에서 시간의 대조적인 역할에서 발생한다. 양자 이론에서 시간은 상태가 진화하는 독립적인 배경으로 작용하며 해밀턴 연산자는 시간을 통해 양자 상태의 무한소 이행의 생성자(generator of infinitesimal translations)로서의 역할을 한다. 이러한 시간의 가변성은 거시적으로 관찰되었기 때문에, 그것은, 거시적 수준에서는, 양자 이론의 시간 개념과 유사한 고정된 시간 개념을 사용할 모든 가능성을 제거한다.

## 후보 이론
제안된 양자 중력 이론들이 많이 있다.A timeline and overview can be found in {{ArXiv 인용

### 끈 이론
끈 이론의 핵심 아이디어는 양자장론에서 점 입자들의 고전적인 개념을 1차원 확장된 물체들의 양자 이론인 끈 이론으로 대체하는 것이다.An accessible introduction at the undergraduate level can be found in {{서적 인용

두 번째 초끈 혁명이라고 불리는 것에서, 끈 이론과 일반 상대성이론과 초중력으로 알려진 초대칭성의 어떤 통일{{서적 인용

### 루프 양자중력
루프 양자중력은 시공간이 한 동적 장이며 또한 따라서 한 양자 대상이라는 일반 상대성이론의 통찰을 진지하게 고려한다. 두 번째 아이디어는 다른 장론의 입자 같은 거동을 결정하는 양자 불연속성이 공간의 구조에도 역시 영향을 미친다는 것이다.

루프 양자중력의 주요 결과는 플랑크 길이에서 공간의 한 알갱이 모양 구조를 도출하는 것이다. 이는 다음과 같은 고려 사항에서 파생된다: 전자기학의 경우에는, 장의 각 주파수의 에너지를 나타내는 양자 연산자(quantum operator)는 한 이산 스펙트럼을 갖는다. 따라서 각 주파수의 에너지는 양자화되고, 또한 양자들은 광자들이다. 중력의 경우에는, 각 표면 또는 공간 영역의 면적과 부피를 나타내는 연산자들 역시 마찬가지로 이산 스펙트럼들을 갖는다. 따라서 공간의 모든 부분의 면적과 부피도 양자화되며, 여기서 그 양자들은 공간의 기본 양자들이다. 따라서 시공간은 플랑크 규모에서 기본 양자 세분 구조를 가지며, 이는 양자장론의 초자외선 무한성을 차단한다.

시공간의 양자 상태는 스핀 네트워크라는 수학적 구조를 통해 이론에서 설명된다. 스핀 네트워크는 로저 펜로즈에 의해 처음으로 추상적인 형태로 소개되었으며, 이후 카를로 로벨리와 리 스몰린이 일반 상대성이론의 비섭동 양자화로부터 자연적으로 도출한 것으로 나타났다. 스핀 네트워크들은 시공간에서 장의 양자 상태를 나타내는 것이 아니다: 그것들은 시공간의 양자 상태들을 직접적으로 나타낸다.

그 이론은 전기장과 자기장의 수학적 유사체들을 사용하여 기하학적 중력을 나타내는 아쉬테카르 변수로 알려진 일반 상대성이론의 재공식화를 기반으로 한다.{{저널 인용

그 이론의 동역학은 오늘날 여러 버전들로 구성된다. 한 버전은 일반 상대성이론의 정규 양자화{canonical quantization}에서 시작된다. 슈뢰딩거 방정식의 유사체는 그 이론 내에서 정의할 수 있는 한 휠러-디윗 방정식이다.{{서적 인용

### 다른 이론들
양자 중력에 대한 다른 접근 방식들이 많이 있다. 그 이론들은 일반 상대성이론과 양자 이론의 어떤 특징을 그대로 받아들이고 또한 어떤 특징들이 수정되는지에 따라 다르다.{{서적 인용

## 실험적 테스트
위에서 강조했듯이 양자 중력 효과는 매우 약하기 때문에 테스트하기가 어렵다. 이러한 이유로 1990년대 후반 이전에는 양자 중력을 실험적으로 테스트할 수 있는 가능성에 대해 큰 관심을 받지 못했다. 그러나 지난 10년 동안 물리학자들은 양자 중력 효과에 대한 증거가 이론의 발전을 이끌 수 있다는 사실을 깨달았다. 이론적 발전이 더디게 진행되면서 실험 가능성을 연구하는 현상학적 양자 중력 분야가 주목을 받게 되었다.

양자 중력 현상학에서 가장 널리 추구되는 가능성으로는 중력적으로 매개된 얽힘,

유럽 우주국의 INTEGRAL 위성은 다양한 파장들의 광자들의 편광을 측정하여 공간의 알갱이성을 플랑크 규모보다 13자릿수 낮은 10m 이하로 제한할 수 있었다.

BICEP2 실험은 초기 우주에서 중력파에 의한 원시 B-모드 편광으로 생각되던 것을 감지했다. 그 신호가 기원이 실제로 원시적이었다면, 그것은 양자 중력 효과의 징후일 수 있었겠지만, 그러나 그것이 곧 성간 먼지 간섭으로 인한 편광이라는 것이 밝혀졌다.

## 같이 보기
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## 참고 문헌
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