Grawitacja kwantowa
Grawitacja kwantowa – grawitacja opisana z zastosowaniem formalizmu mechaniki kwantowej. Model oddziaływań grawitacyjnych w bardzo małych skalach przestrzennych.
Historia
[edytuj | edytuj kod]Pierwsze próby połączenia grawitacji z mechaniką kwantową sięgają lat 30. XX wieku, kiedy to Paul Dirac, Matvei Bronstein i inni zauważyli, że kwantyzacja pola grawitacyjnego prowadzi do nowych efektów przy ekstremalnych gęstościach energii. W latach 60. Bryce DeWitt sformułował równanie Wheeler–DeWitta, opisujące falę funkcji czasoprzestrzeni, które stało się podstawą wczesnych prób kanonicznej kwantyzacji grawitacji.[1]
W latach 70. ukazały się pierwsze prace pokazujące, że ogólna teoria względności traktowana jako teoria pola jest nierenormalizowalna, co utrudnia zastosowanie standardowych technik kwantowych.[2] W tym samym czasie Stephen Hawking odkrył, że czarne dziury emitują promieniowanie termiczne, co wskazało na głębokie powiązania pomiędzy grawitacją, termodynamiką i mechaniką kwantową.[3]
W latach 80. i 90. rozwinęły się dwa główne podejścia do kwantowej grawitacji: teoria superstrun, postulująca istnienie dodatkowych wymiarów przestrzeni i jednowymiarowych „strun” jako fundamentalnych obiektów,[4] oraz grawitacja pętlowa, w której czasoprzestrzeń jest opisywana jako dyskretna sieć spinowa.[5]
Na początku XXI wieku pojawiły się nowe nurty, takie jak holografia (korelacja między teorią grawitacji w przestrzeni anty-de Sittera a teorią pola na jej brzegu) oraz podejście CDT (Causal Dynamical Triangulations), które rekonstruuje czasoprzestrzeń z elementarnych prostosympleksów w sposób przyczynowy.[6]
W chwili obecnej jest rozwijanych kilka teorii grawitacji kwantowej, m.in.:
Możliwość eksperymentalnego sprawdzenia grawitacji kwantowej jest kwestią wysoce spekulatywną, jednak proponuje się doświadczenia w tej dziedzinie z wykorzystaniem splątania kwantowego[7][8] czy makroskopowych stanów koherentnych[9].
Oczekiwania i problemy
[edytuj | edytuj kod]Jest to teoria, która może zunifikować mechanikę kwantową (wraz z elektromagnetyzmem, oddziaływaniami silnymi i słabymi) z ogólną teorią względności opisującą oddziaływania grawitacyjne.
Z teorią grawitacji kwantowej wiąże się zatem nadzieje, że będzie ona teorią unifikującą wszystkie znane oddziaływania (tzw. teoria wszystkiego). Teoria taka jest niezbędna do rozwiązania problemu dużych gęstości energii, czyli połączenia ogromnych mas z przestrzeniami o bardzo małych skalach, jak to miało miejsce podczas Wielkiego Wybuchu lub w czarnych dziurach.
Najpoważniejszym problemem jest ujednolicenie ogólnej teorii względności opisującej grawitację w makroskali z mechaniką kwantową opisującą oddziaływania fundamentalne w skali subatomowej. Dotychczas nie udało się skonstruować w pełni funkcjonalnej spójnej teorii grawitacji kwantowej, która przewidywałaby nowe zjawiska weryfikowalne doświadczalnie.
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ J. A. Wheeler, B. S. DeWitt, "Battelle Rencontres: 1967 Lectures in Mathematics and Physics", W. A. Benjamin, 1968.
- ↑ G. ’t Hooft, M. Veltman, "One-loop divergencies in the theory of gravitation", Annales de l'IHP Physique théorique 20 (1974): 69–94.
- ↑ S. W. Hawking, "Particle Creation by Black Holes", Communications in Mathematical Physics 43, 199–220 (1975).
- ↑ M. B. Green, J. H. Schwarz, E. Witten, Superstring Theory, Cambridge University Press, 1987.
- ↑ C. Rovelli, L. Smolin, "Loop Space Representation of Quantum General Relativity", Nuclear Physics B 331 (1990): 80–152.
- ↑ J. Ambjørn, J. Jurkiewicz, R. Loll, "Causal Dynamical Triangulations and the Quest for Quantum Gravity", Foundations of Physics 43, 1158–1190 (2013).
- ↑ Sougato Bose, Anupam Mazumdar, Gavin W. Morley, Hendrik Ulbricht, Marko Toroš, Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity, „Physical Review Letters”, 119 (24), 2017, s. 240401, DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.240401 [dostęp 2019-01-01].
- ↑ Jonathan Nemirovsky, Eliahu Cohen, Ido Kaminer, Spin-Spacetime Censorship, „arXiv:1812.11450 [gr-qc, physics:quant-ph]”, 29 grudnia 2018, arXiv:1812.11450 [dostęp 2019-01-01].
- ↑ Richard Howl, Roger Penrose, Ivette Fuentes, Exploring the unification of quantum theory and general relativity with a Bose-Einstein condensate, „arXiv:1812.04630 [cond-mat, physics:gr-qc, physics:quant-ph]”, 11 grudnia 2018, arXiv:1812.04630 [dostęp 2019-01-01].
Linki zewnętrzne
[edytuj | edytuj kod]- Polskojęzyczne
Jakub Gizbert-Studnicki, Bliżej Nauki: Dynamiczne Triangulacje, czyli kwantowy Wszechświat z klocków LEGO, kanał FAIS UJ na YouTube, 3 sierpnia 2018 [dostęp 2023-11-30].
- Anglojęzyczne
- https://web.archive.org/web/20090526032403/http://www.perimeterinstitute.ca/Outreach/What_We_Research/Quantum_Gravity/
- Carlo Rovelli, Quantum gravity, scholarpedia.org [dostęp 2024-03-20].
- Steven Weinstein, Dean Rickles, Quantum Gravity, [w:] Stanford Encyclopedia of Philosophy, CSLI, Stanford University, 27 maja 2015, ISSN 1095-5054 [dostęp 2018-01-02] (ang.). (Kwantowa grawitacja)
- International Society for Quantum Gravity, isqg.org [dostęp 2023-05-22].
Nagrania na YouTube [dostęp 2024-08-22]:
- Don Lincoln, Quantum Gravity, kanał Fermilabu, 2 lutego 2016;
- Sabine Hossenfelder, The five most promising ways to quantize gravity, 6 września 2019;
- Sabine Hossenfelder, How To Test Quantum Gravity, 16 stycznia 2020;
- David Gross, Carlo Rovelli, Phil Halper, String Theory or Loop Quantum Gravity?, kanał skydivephil, 19 grudnia 2021 – dyskusja o konkurencyjnych modelach kwantowej grawitacji.
- Claudia de Rham, The search for quantum gravity, kanał New Scientist, 28 marca 2024.
| klasyczne i nierelatywistyczne | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| klasyczne i relatywistyczne |
| ||||||
| relatywistyczne i kwantowe |
| ||||||
| twórcy według daty narodzin |
|
| Dowody | |
|---|---|
| Teorie | |
| Supersymetria | |
| Grawitacja kwantowa | |
| Eksperymenty |
