Kvantetyngdekraft er en samlet betegnelse for teorier, der forsøger at forene tyngdekraften med den anden fysiske grundlæggende kræfter (som allerede er samlet sammen). Det udgør generelt en teoretisk enhed, en graviton, som er en virtuel partikel, der medierer tyngdekraften. Det er det, der adskiller kvantetyngdekraften fra visse andre samlede feltteorier - skønt i retfærdighed, nogle teorier, der typisk klassificeres som kvantetyngdekraft, kræver ikke nødvendigvis a graviton.
Hvad er en Graviton?
Standardmodellen for kvantemekanik (udviklet mellem 1970 og 1973) postulerer, at de tre andre fysiske grundlæggende kræfter er formidlet af virtuelle bosoner. Fotoner medierer den elektromagnetiske kraft, W- og Z-bosoner mægler den svage atomkraft og gluoner (såsom kvarker) formidle den stærke atomkraft.
Gravitonet ville derfor formidle tyngdekraften. Hvis det findes, forventes graviton at være masseløs (fordi den virker øjeblikkeligt på lange afstande) og have spin 2 (fordi tyngdekraften er et tensor-felt i anden rang).
Er kvantetyngdekraft beviset?
Det største problem ved eksperimentelt at teste enhver teori om kvantetyngdekraft er, at de energiniveauer, der kræves for at observere formodningerne, er uopnåelige i aktuelle laboratorieeksperimenter.
Selv teoretisk løber kvantetyngdekraften alvorlige problemer. Gravitation forklares i øjeblikket gennem teori om generel relativitet, som gør meget forskellige antagelser om universet i den makroskopiske skala end dem, der er foretaget af kvantemekanikken i den mikroskopiske skala.
Forsøg på at kombinere dem løber generelt ind i "renormaliseringsproblemet", hvor summen af alle kræfter ikke annullerer og resulterer i en uendelig værdi. I kvanteelektrodynamik skete dette lejlighedsvis, men man kunne omformere matematikken for at fjerne disse problemer. En sådan renormalisering fungerer ikke i en kvantetolkning af tyngdekraften.
Antagelserne om kvantetyngdekraft er generelt, at en sådan teori vil vise sig at være både enkel og elegant, så mange fysikere forsøger at arbejde bagud og forudsige en teori, som de føler, kan forklare de symmetrier, der er observeret i den nuværende fysik og derefter se, om disse teorier fungerer.
Nogle forenede feltteorier, der er klassificeret som kvantetyngdighedsteorier, inkluderer:
- Stringteori / Superstring theory / M-theory
- supergravitation
- Loop kvante tyngdekraft
- Twistor teori
- Ikke-kommutativ geometri
- Euklidisk kvantetyngdekraft
- Wheeler-deWitt ligning
Selvfølgelig er det fuldt ud muligt, at hvis der findes kvantetyngdekraft, vil det hverken være enkelt eller elegant, i hvilket tilfælde disse forsøg bliver kontaktet med forkerte antagelser og sandsynligvis ville være forkert. Kun tid og eksperimenter vil fortælle med sikkerhed.
Som nogle af ovenstående teorier forudsiger er det også, at en forståelse af kvantetyngdekraften ikke vil være det kun konsolidere teorierne, men vil snarere introducere en grundlæggende ny forståelse af rum og tid.
Redigeret af Anne Marie Helmenstine, ph.d.