Kvanttyngd är en övergripande term för teorier som försöker förena tyngdkraften med den andra fysiska grundkrafter (som redan är förenade tillsammans). Det utgör i allmänhet en teoretisk enhet, en graviton, som är en virtuell partikel som förmedlar gravitationskraften. Det är detta som skiljer kvanttyngd från vissa andra enhetliga fältteorier - även om rättvisa, vissa teorier som vanligtvis klassificeras som kvanttyngd kräver inte nödvändigtvis a graviton.
Vad är en Graviton?
Standardmodellen för kvantmekanik (utvecklad mellan 1970 och 1973) postulerar att de andra tre fysiska grundkrafter medieras av virtuella bosoner. Fotoner medierar den elektromagnetiska kraften, W- och Z-bosonerna medierar den svaga kärnkraften och gluoner (t.ex. kvarkar) förmedla den starka kärnkraften.
Därför skulle gravitationen medla tyngdkraften. Om den hittas förväntas gravitonet vara masslös (eftersom den verkar omedelbart på långa avstånd) och har vridning 2 (eftersom tyngdkraften är ett tensorfält i andra rang).
Är kvantgravitet bevisat?
Det största problemet med att testa någon teori om kvanttyngd är att energinivåerna som krävs för att observera antagandena är ouppnåliga i nuvarande laboratorieexperiment.
Till och med teoretiskt kommer kvanttyngdkraften att få allvarliga problem. Gravitation förklaras för närvarande genom teori om allmän relativitet, vilket gör mycket annorlunda antaganden om universum på den makroskopiska skalan än de som gjorts av kvantmekanik på den mikroskopiska skalan.
Försök att kombinera dem stöter i allmänhet på "renormaliseringsproblemet", där summan av alla krafter inte avbryter och resulterar i ett oändligt värde. I kvantelektrodynamik hände detta ibland, men man kunde omnormalisera matematiken för att ta bort dessa problem. En sådan renormalisering fungerar inte i en kvanttolkning av gravitationen.
Antagandena om kvanttyngd är i allmänhet att en sådan teori kommer att visa sig vara både enkel och elegant, så många fysiker försöker arbeta bakåt och förutsäger en teori som de känner kan redogöra för symmetrierna som observerats i den nuvarande fysiken och sedan se om dessa teorier fungerar.
Vissa enhetliga fältteorier som klassificeras som kvanttyngdsteorier inkluderar:
- Stringteori / Superstring theory / M-theory
- supergravitation
- Loop kvanttyngd
- Twistor teori
- Icke-kommutativ geometri
- Euklidisk kvantitet
- Wheeler-deWitt-ekvation
Naturligtvis är det fullt möjligt att om kvanttyngd existerar, kommer det varken att vara enkelt eller elegant, i vilket fall dessa försök närmar sig med felaktiga antaganden och sannolikt skulle vara felaktig. Endast tid och experiment kommer att säga säkert.
Det är också möjligt, som vissa av ovanstående teorier förutspår, att en förståelse av kvanttyngd inte kommer bara konsolidera teorierna, utan kommer snarare att införa en grundläggande ny förståelse av rymden och tid.
Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph.D.