Kwantumswaartekrag

Kwantumswaartekrag is 'n veld van teoretiese fisika wat probeer om swaartekrag te beskryf volgens die beginsels van kwantummeganika. Dit handel oor omgewings waarin nóg swaartekrag nóg kwantumeffekte geïgnoreer kan word, soos in die nabyheid van swartkolke of soortgelyke kompakte astrofisiese voorwerpe soos neutronsterre, sowel as in die vroeë stadiums van die heelal oomblikke ná die Oerknal.

Beskrywing
Drie van die basiese natuurkragte word in die raamwerk van kwantummeganika en kwantumveldteorie beskryf: die elektromagnetiese, swak en sterk wisselwerking. Dit laat swaartekrag as die enigste wisselwerking wat nie ten volle geakkommodeer word nie. Die huidige begrip van swaartekrag berus op Albert Einstein se algemene relatiwiteitsteorie, wat sy teorie van spesiale relatiwiteit insluit en die begrip van konsepte soos tyd en ruimte aansienlik verander het.

Hoewel algemene relatiwiteit hoog aangeskryf word vanweë sy verfyndheid en akkuraatheid, is dit nie sonder beperkings nie: Die swaartekragsingulariteite in swartkolke, die ad hoc-veronderstelling van donker materie, sowel as donker energie en die verhouding daarvan tot die kosmologiese konstante is van die huidige onopgeloste geheime van swaartekrag. Dit alles dui op 'n defek van die algemene relatiwiteitsteorie op verskillende skale en onderstreep die behoefte aan 'n swaartekragteorie wat in kwantummeganika sal werk. Op afstande naby die Plancklengte, soos dié naby die middel van 'n swartkolk, sal kwantumskommelings van ruimtetyd na verwagting 'n belangrike rol speel. 

Die mislukking van algemene relatiwiteit op galaktiese en kosmologiese skale dui ook op die belangrikheid van 'n sterker teorie. Ten laaste onderstreep die teenstrydighede tussen die voorspelde waardes van die vakuumenergie en die waargenome waardes (wat, na gelang van die geval, tot 60 of 120 grootteordes kan wees) die behoefte aan 'n kwantumteorie van swaartekrag.

Die veld van kwantumswaartekrag is aktief aan die ontwikkel, en teorieë verken 'n verskeidenheid benaderings tot die probleem, waarvan die gewildste die M-teorie en luskwantumswaartekrag is. Al dié benaderings het ten doel om die kwantumgedrag van die swaartekragveld te beskryf, en dit sluit nie noodwendig die eenwording van alle basiese wisselwerkings in 'n enkele wiskundige raamwerk in nie. Baie benaderings tot kwantumswaartekrag, soos die snaarteorie, probeer egter 'n raamwerk ontwikkel wat alle basiese natuurkragte beskryf. So 'n teorie word dikwels die teorie van alles genoem. Sommige van die benadrings, soos luskwantumswaartekrag, probeer dit nie doen nie; dit probeer swaartekrag apart van die ander kragte hou. 

Een van die probleme met die formulering van 'n kwantumswaartekragteorie is dat regstreekse waarneming van kwantumswaartekrageffekte vermoedelik net moontlik is op lengteskale van naby die Planckskaal, by sowat 10-35 meter. Dié skaal is veel kleiner, en dus net met veel hoër energieë toeganklik, as dié wat tans beskikbaar is in hoë-energie-deeltjieversnellers. Fisici het dus nie eksperimentele data wat kan onderskei tussen die mededingende teorieë wat voorgestel word nie. Kwantumeffekte in die vroeë heelal kan byvoorbeeld 'n waarneembare uitwerking op die struktuur van die huidige heelal hê, of swaartekrag kan 'n rol speel in die eenwording van al die kragte.

Notas

Verwysings

Skakels

Kategorie:Kwantummeganika
Kategorie:Teoretiese fisika
Kategorie:Relatiwiteit