Κβαντική βαρύτητα

Η κβαντική βαρύτητα είναι πεδίο της θεωρητικής φυσικής που επιδιώκει να περιγράψει τη βαρύτητα σύμφωνα με τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, και όπου τα κβαντικά φαινόμενα δεν μπορούν να αγνοηθούν, όπως κοντά σε μαύρες τρύπες ή παρόμοια συμπαγή αστροφυσικά αντικείμενα, όπου τα αποτελέσματα της βαρύτητας είναι ισχυρά, όπως οι αστέρες νετρονίων.

Τρέχουσα αντίληψη 
Η τρέχουσα αντίληψη για την βαρύτητα βασίζεται στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, η οποία διαμορφώνεται μέσα στο πλαίσιο της κλασικής φυσικής. Από την άλλη πλευρά, οι άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής περιγράφονται στο πλαίσιο της κβαντικής μηχανικής και της κβαντικής θεωρίας πεδιου, ριζικά διαφορετικοί φορμαλισμοί για την περιγραφή των φυσικών φαινομένων. Μερικές φορές υποστηρίζεται ότι η περιγραφή της βαρύτητας στη κβαντική μηχανική είναι αναγκαία για το λόγο ότι δεν μπορεί κανένας να ζευγαρωθεί συνεπώς ένα κλασσικό σύστημα σε ένα κβαντικό.

Ενώ σε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας μπορεί να είναι απαραίτητο να συμβιβάσει τη γενική σχετικότητα με τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, προκύπτουν δυσκολίες κατά την εφαρμογή των συνήθων θεωριών της την κβαντικής θεωρίας πεδίου στη δύναμη της βαρύτητας μέσω μποζονίων της κβαντικής βαρύτητας. Το πρόβλημα είναι ότι η θεωρία όπως παίρνεται με αυτόν τον τρόπο δεν είναι επανακανονικοποιήσιμη και ως εκ τούτου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνουν σημαντικές φυσικές προβλέψεις. Ως αποτέλεσμα, οι θεωρητικοί έχουν πάρει πιο ριζοσπαστικές προσεγγίσεις στο πρόβλημα της κβαντικής βαρύτητας, με τις πιο δημοφιλής προσεγγίσεις να είναι η  θεωρία των χορδών και η κβαντική βαρύτητα βρόχων. Αν και κάποιες θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας, όπως η θεωρία των χορδών, προσπαθεί να ενοποιήσει τη βαρύτητα με τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις, άλλες, όπως η κβαντική βαρύτητα βρόχων, δεν κάνουν τέτοια προσπάθεια, αλλά κάνουν μια προσπάθεια να κβαντοποιήσουν το βαρυτικό πεδίο, ενώ διατηρείται χωριστά από τις άλλες δυνάμεις.

Αυστηρά μιλώντας, ο στόχος της κβαντικής βαρύτητας είναι μόνο να περιγράψει την κβαντική συμπεριφορά του βαρυτικού πεδίου και δεν πρέπει να συγχέεται με στόχο την ενοποίηση όλων των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων σε ένα ενιαίο μαθηματικό πλαίσιο. Μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας που είναι επίσης μια μεγάλη ενοποίηση όλων των γνωστών αλληλεπιδράσεων μερικές φορές αναφέρεται ως Θεωρία των πάντων. Ενώ καμία ουσιαστική βελτίωση στη παρούσα κατανόηση της βαρύτητας θα βοηθούσε περαιτέρω την εργασία προς την ενοποίηση, η μελέτη της κβαντικής βαρύτητας είναι πεδίο σε διάφορους κλάδους που έχουν διαφορετικές προσεγγίσεις για την ενοποίηση.

Δυσκολίες 
Μία από τις δυσκολίες για τη διαμόρφωση της θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας είναι ότι οι κβαντικές βαρυτικές επιδράσεις εμφανίζονται μόνο σε κλίμακες μήκους κοντά στην κλίμακα του Πλανκ, γύρω στα 10-35 μέτρα, μια κλίμακα πολύ μικρότερη, και αντίστοιχα πολύ μεγαλύτερη στον τομέα της ενέργειας, σε σχέση με τις ήδη προσβάσιμες με τους υψηλής ενέργειας επιταχυντές σωματιδίων. Ως εκ τούτου, οι φυσικοί έχουν έλλειψη πειραματικών δεδομένων στα οποία θα μπορούσε να γίνει διάκριση μεταξύ των ανταγωνιστικών θεωριών που έχουν προταθεί.

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
"Planck Era" και "Planck Χρόνο"  (μέχρι 10-43 δευτερόλεπτα μετά τη γέννηση του Σύμπαντος) (Πανεπιστήμιο του Όρεγκον).
 "Κβαντικής Βαρύτητας", το BBC Radio 4 συζήτηση με τον John Gribbin, Lee Smolin και Janna Levin (Στην Εποχή Μας, Feb. 22, 2001)
Θεωρίες βαρύτητας
Γενική σχετικότητα