Kvantna gravitacija

Kvantna gravitacija(QG) je oblastteorijske fizikekoja teži da opiše gravitaciju prema principimakvantne mehanike.Ona se bavi se okruženjima u kojima se ne mogu zanemariti nigravitacionini kvantni efekti,^[1]kao što su u blizinicrnih rupaili sličnih kompaktnih astrofizičkih objekata, kao što suneutronske zvezde,^[2]^[3]kao i u ranim fazama svemira nekoliko trenutaka nakon Velikog praska.^[4]

Tri od četirifundamentalne sileprirode opisane su u okvirukvantne mehanikeikvantne teorije polja:elektromagnetna interakcija,jaka silaislaba sila;ovo ostavljagravitacijukao jedinu interakciju koja nije u potpunosti prilagođena. Sadašnje razumevanje gravitacije je zasnovano naopštoj teoriji relativnosti Alberta Ajnštajna,koja uključuje njegovu teoriju specijalne relativnosti i duboko modifikuje razumevanje pojmova kao što su vreme i prostor. Iako je opšta teorija relativnosti veoma cenjena zbog svoje elegancije i tačnosti, ona ima ograničenja:gravitacioni singularitetiunutarcrnih rupa,ad hoc postulacijatamne materije,kao itamna energijai njen odnos sakosmološkom konstantomsu među trenutnim nerešenim misterijama u vezi sa gravitacija;^[5]sve to signalizira kolaps opšte teorije relativnosti na različitim skalama i naglašava potrebu za teorijom gravitacije koja ide u kvantnu oblast. Na rastojanjima blizuPlankove dužine,poput onih blizu centra crne rupe, očekuje se da ćekvantne fluktuacijeprostor-vremena igrati važnu ulogu.^[6]Slom opšte teorije relativnosti na galaktičkim i kosmološkim razmerama takođe ukazuje na neophodnost snažnije teorije. Konačno, neslaganja između predviđene vrednosti zaenergiju vakuumai uočenih vrednosti (koje, u zavisnosti od razmatranja, mogu biti od 60 ili 120 redova veličine)^[7]naglašavaju neophodnost kvantne teorije gravitacije.

Oblast kvantne gravitacije se aktivno razvija, a teoretičari istražuju različite pristupe problemu kvantne gravitacije, od kojih su najpopularnijeM-teorijaikvantna gravitacija petlje.^[8]Svi ovi pristupi imaju za cilj da opišu kvantno ponašanjegravitacionog polja,što ne uključuje nužnoobjedinjavanje svih fundamentalnih interakcijau jedinstveni matematički okvir. Međutim, mnogi pristupi kvantnoj gravitaciji, kao što jeteorija struna,pokušavaju da razviju okvir koji opisuje sve fundamentalne sile. Takva teorija se često nazivateorijom svega.Neki od pristupa, kao što je kvantna gravitacija u petlji, ne čine takav pokušaj; umesto toga, oni se trude da kvantizuju gravitaciono polje dok se ono drži odvojeno od drugih sila. Druge manje poznate, ali ne manje važne teorije uključujuuzročnu dinamičku triangulaciju,nekomutativnu geometrijuiteoriju tvistora.^[9]

Jedna od poteškoća u formulisanju kvantne teorije gravitacije je to što se smatra da se direktno posmatranje kvantnih gravitacionih efekata pojavljuje samo na skalama dužine blizuPlankove skale,oko 10⁻³⁵metara, na skali daleko manjoj i stoga dostupna samo sa daleko većim energijama, od onih koji su trenutno dostupne uakceleratorima česticavisoke energije. Stoga, fizičarima nedostaju eksperimentalni podaci koji bi mogli da naprave razliku između konkurentskih teorija koje su predložene.^{[n.b. 1]}^{[n.b. 2]}

Pristupimisaonim eksperimentimasu predloženi kao alat za testiranje kvantne teorije gravitacije.^[10]^[11]U oblasti kvantne gravitacije postoji nekoliko otvorenih pitanja – na primer, nije poznato kako spin elementarnih čestica izaziva gravitaciju, a misaoni eksperimenti bi mogli da obezbede put za istraživanje mogućih rešenja za ova pitanja,^[12]čak i u odsustvu laboratorijskih eksperimente ili fizičkih opservacija.

Početkom 21. veka, pojavili su se novi dizajni eksperimenata i tehnologije koje sugerišu da bi indirektni pristupi testiranju kvantne gravitacije mogli biti izvodljivi u narednih nekoliko decenija.^[13]^[14]^[15]^[16]Ovo polje proučavanja naziva sefenomenološka kvantna gravitacija.

Napomene

^Kvantni efekti u ranom univerzumu mogu imati vidljiv efekat na strukturu sadašnjeg univerzuma, na primer, ili bi gravitacija mogla igrati ulogu u ujedinjenju drugih sila. Cf. Valdov tekst koji je gore citiran.
^O kvantizaciji geometrije prostor-vremena pogledajte i članakPlankova dužina.

Reference

^Rovelli, Carlo(2008). „Quantum gravity”.Scholarpedia.3(5): 7117.Bibcode:2008SchpJ...3.7117R.doi:10.4249/scholarpedia.7117 .
^Overbye, Dennis(10. 10. 2022).„Black Holes May Hide a Mind-Bending Secret About Our Universe - Take gravity, add quantum mechanics, stir. What do you get? Just maybe, a holographic cosmos.”.The New York Times.Архивираноиз оригинала 16. 11. 2022. г.Приступљено16. 10. 2022.
^Starr, Michelle (16. 11. 2022).„Scientists Created a Black Hole in The Lab, And Then It Started to Glow”.ScienceAlert.Архивираноиз оригинала 15. 11. 2022. г.Приступљено16. 11. 2022.
^Kiefer, Claus (2012).Quantum gravity.International series of monographs on physics (на језику: енглески) (3rd изд.). Oxford: Oxford University Press. стр. 1—4.ISBN 978-0-19-958520-5.
^Mannheim, Philip (2006). „Alternatives to dark matter and dark energy”.Progress in Particle and Nuclear Physics(на језику: енглески).56(2): 340—445.Bibcode:2006PrPNP..56..340M.S2CID 14024934.arXiv:astro-ph/0505266 .doi:10.1016/j.ppnp.2005.08.001.
^Nadis, Steve (2. 12. 2019).„Black Hole Singularities Are as Inescapable as Expected”.quantamagazine.org.Quanta Magazine.Архивираноиз оригинала 14. 4. 2020. г.Приступљено22. 4. 2020.
^Koksma, Jurjen; Prokopec, Tomislav (2011). „The Cosmological Constant and Lorentz Invariance of the Vacuum State”.arXiv:1105.6296 [gr-qc].
^Penrose, Roger (2007).The road to reality: a complete guide to the laws of theuniverse.Vintage. стр.1017.ISBN 9780679776314.OCLC 716437154.
^Rovelli, Carlo (2001). „Notes for a brief history of quantum gravity”.arXiv:gr-qc/0006061 .
^Bose, S.; et al. (2017). „Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity”.Physical Review Letters.119(4): 240401.Bibcode:2017PhRvL.119x0401B.PMID 29286711.S2CID 2684909.arXiv:1707.06050 .doi:10.1103/PhysRevLett.119.240401.
^Marletto, C.; Vedral, V. (2017). „Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity”.Physical Review Letters.119(24): 240402.Bibcode:2017PhRvL.119x0402M.PMID 29286752.S2CID 5163793.arXiv:1707.06036 .doi:10.1103/PhysRevLett.119.240402.
^Nemirovsky, J.; Cohen, E.; Kaminer, I. (5. 11. 2021). „Spin Spacetime Censorship”.Annalen der Physik.534(1).S2CID 119342861.arXiv:1812.11450 .doi:10.1002/andp.202100348.
^Hossenfelder, Sabine (2. 2. 2017).„What Quantum Gravity Needs Is More Experiments”.Nautilus.Архивирано изоригинала28. 1. 2018. г.Приступљено21. 9. 2020.
^Experimental search for quantum gravity.Cham: Springer. 2017.ISBN 9783319645360.
^Carney, Daniel; Stamp, Philip C. E.; Taylor, Jacob M. (7. 2. 2019). „Tabletop experiments for quantum gravity: a user's manual”.Classical and Quantum Gravity.36(3): 034001.Bibcode:2019CQGra..36c4001C.S2CID 119073215.arXiv:1807.11494 .doi:10.1088/1361-6382/aaf9ca.
^Danielson, Daine L.; Satishchandran, Gautam; Wald, Robert M. (2022-04-05).„Gravitationally mediated entanglement: Newtonian field versus gravitons”.Physical Review D.105(8): 086001.Bibcode:2022PhRvD.105h6001D.arXiv:2112.10798 .doi:10.1103/PhysRevD.105.086001.Архивираноиз оригинала 2023-01-22. г.Приступљено2022-12-11.

Literatura

Green, M.B.;Schwarz, J.H.;Witten, E.(1987).Superstring theory.l.Cambridge University Press.ISBN 9781107029118.
Penrose, Roger(2004),The Road to Reality,A. A. Knopf,ISBN 978-0-679-45443-4
Ahluwalia, D. V. (2002). „Interface of Gravitational and Quantum Realms”.Modern Physics Letters A.17(15–17): 1135—1145.Bibcode:2002MPLA...17.1135A.S2CID 119358167.arXiv:gr-qc/0205121 .doi:10.1142/S021773230200765X.
Ashtekar, Abhay(2005).„The winding road to quantum gravity”(PDF).The Legacy of Albert Einstein.Current Science.89.стр. 2064—2074.Bibcode:2007laec.book...69A.CiteSeerX10.1.1.616.8952 .ISBN 978-981-270-049-0.doi:10.1142/9789812772718_0005.
Carlip, Steven(2001). „Quantum Gravity: a Progress Report”.Reports on Progress in Physics.64(8): 885—942.Bibcode:2001RPPh...64..885C.S2CID 118923209.arXiv:gr-qc/0108040 .doi:10.1088/0034-4885/64/8/301.
Hamber, Herbert W. (2009). Hamber, Herbert W., ур.Quantum Gravitation.Springer Nature.ISBN 978-3-540-85292-6.doi:10.1007/978-3-540-85293-3.hdl:11858/00-001M-0000-0013-471D-A.
Kiefer, Claus (2007).Quantum Gravity.Oxford University Press.ISBN 978-0-19-921252-1.
Kiefer, Claus (2005). „Quantum Gravity: General Introduction and Recent Developments”.Annalen der Physik.15(1): 129—148.Bibcode:2006AnP...518..129K.S2CID 12984346.arXiv:gr-qc/0508120 .doi:10.1002/andp.200510175.
Lämmerzahl, Claus, ур. (2003).Quantum Gravity: From Theory to Experimental Search.Lecture Notes in Physics.Springer.ISBN 978-3-540-40810-9.
Rovelli, Carlo(2004).Quantum Gravity.Cambridge University Press.ISBN 978-0-521-83733-0.

Spoljašnje veze

"Planck Era" and "Planck Time"Архивирано2018-11-28 на сајтуWayback Machine(up to 10⁻⁴³seconds afterbirthofUniverse) (University of Oregon).
"Quantum Gravity",BBC Radio 4 discussion with John Gribbin, Lee Smolin and Janna Levin (In Our Time,February 22, 2001)

[10] Kvantni efekti u ranom univerzumu mogu imati vidljiv efekat na strukturu sadašnjeg univerzuma, na primer, ili bi gravitacija mogla igrati ulogu u ujedinjenju drugih sila. Cf. Valdov tekst koji je gore citiran.

[11] O kvantizaciji geometrije prostor-vremena pogledajte i članakPlankova dužina.

[scholarpedia-1] Rovelli, Carlo(2008). „Quantum gravity”.Scholarpedia.3(5): 7117.Bibcode:2008SchpJ...3.7117R.doi:10.4249/scholarpedia.7117 .

[NYT-20221010-2] Overbye, Dennis(10. 10. 2022).„Black Holes May Hide a Mind-Bending Secret About Our Universe - Take gravity, add quantum mechanics, stir. What do you get? Just maybe, a holographic cosmos.”.The New York Times.Архивираноиз оригинала 16. 11. 2022. г.Приступљено16. 10. 2022.

[SA-20221116-3] Starr, Michelle (16. 11. 2022).„Scientists Created a Black Hole in The Lab, And Then It Started to Glow”.ScienceAlert.Архивираноиз оригинала 15. 11. 2022. г.Приступљено16. 11. 2022.

[4] Kiefer, Claus (2012).Quantum gravity.International series of monographs on physics (на језику: енглески) (3rd изд.). Oxford: Oxford University Press. стр. 1—4.ISBN 978-0-19-958520-5.

[5] Mannheim, Philip (2006). „Alternatives to dark matter and dark energy”.Progress in Particle and Nuclear Physics(на језику: енглески).56(2): 340—445.Bibcode:2006PrPNP..56..340M.S2CID 14024934.arXiv:astro-ph/0505266 .doi:10.1016/j.ppnp.2005.08.001.

[6] Nadis, Steve (2. 12. 2019).„Black Hole Singularities Are as Inescapable as Expected”.quantamagazine.org.Quanta Magazine.Архивираноиз оригинала 14. 4. 2020. г.Приступљено22. 4. 2020.

[7] Koksma, Jurjen; Prokopec, Tomislav (2011). „The Cosmological Constant and Lorentz Invariance of the Vacuum State”.arXiv:1105.6296 [gr-qc].

[8] Penrose, Roger (2007).The road to reality: a complete guide to the laws of theuniverse.Vintage. стр.1017.ISBN 9780679776314.OCLC 716437154.

[9] Rovelli, Carlo (2001). „Notes for a brief history of quantum gravity”.arXiv:gr-qc/0006061 .

[12] Bose, S.; et al. (2017). „Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity”.Physical Review Letters.119(4): 240401.Bibcode:2017PhRvL.119x0401B.PMID 29286711.S2CID 2684909.arXiv:1707.06050 .doi:10.1103/PhysRevLett.119.240401.

[13] Marletto, C.; Vedral, V. (2017). „Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity”.Physical Review Letters.119(24): 240402.Bibcode:2017PhRvL.119x0402M.PMID 29286752.S2CID 5163793.arXiv:1707.06036 .doi:10.1103/PhysRevLett.119.240402.

[Spin-Spacetime_Censorship_AdP-14] Nemirovsky, J.; Cohen, E.; Kaminer, I. (5. 11. 2021). „Spin Spacetime Censorship”.Annalen der Physik.534(1).S2CID 119342861.arXiv:1812.11450 .doi:10.1002/andp.202100348.

[nautilus-15] Hossenfelder, Sabine (2. 2. 2017).„What Quantum Gravity Needs Is More Experiments”.Nautilus.Архивирано изоригинала28. 1. 2018. г.Приступљено21. 9. 2020.

[springer1-16] Experimental search for quantum gravity.Cham: Springer. 2017.ISBN 9783319645360.

[tabletop-17] Carney, Daniel; Stamp, Philip C. E.; Taylor, Jacob M. (7. 2. 2019). „Tabletop experiments for quantum gravity: a user's manual”.Classical and Quantum Gravity.36(3): 034001.Bibcode:2019CQGra..36c4001C.S2CID 119073215.arXiv:1807.11494 .doi:10.1088/1361-6382/aaf9ca.

[18] Danielson, Daine L.; Satishchandran, Gautam; Wald, Robert M. (2022-04-05).„Gravitationally mediated entanglement: Newtonian field versus gravitons”.Physical Review D.105(8): 086001.Bibcode:2022PhRvD.105h6001D.arXiv:2112.10798 .doi:10.1103/PhysRevD.105.086001.Архивираноиз оригинала 2023-01-22. г.Приступљено2022-12-11.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[n.b. 1]

[n.b. 2]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]