Что такое квантовая гравитация и почему она считается самой сложной проблемой в физике?
Когда слово «гравитация» приходит нам в голову, мы думаем о планетах, о гравитационном взаимодействии между массивными галактиками, нейтронными звездами, черными дырами и т.д. Но как насчет крошечных мелких частиц, существующих в нашей Вселенной?
Что же такое квантовая гравитация? Зачем она нужна? Давайте углубимся, чтобы ответить на эти вопросы!
Квантовая гравитация — это теоретическая основа, целью которой является описание того, как сила гравитации действует на мельчайшие частицы Вселенной. Являясь квантовой теорией гравитации, она стремится описать гравитацию в соответствии с принципами квантовой механики, а также в ситуациях, когда квантовые эффекты нельзя игнорировать, в так называемом масштабе Планка.
Зачем нам нужна квантовая теория гравитации?
Около века назад Альберт Эйнштейн предложил свою Общую Теорию Относительности, которая полностью объясняет гравитационное взаимодействие в макроскопическом масштабе. Но когда физики пытаются вычислить кривизну пространства вокруг электрона или других таких небольших объектов, математика становится невозможной.
Также когда кто-то пытается очертить гравитационное поле черной дыры в общей теории относительности, кривизна пространства-времени расходится в центре, тем самым сигнализируя о крахе общей теории относительности и намекая на необходимость теории, которая выходит за рамки общей теории относительности, а также учитывает квантовые эффекты.
Четыре фундаментальные силы управляют нашей Вселенной: гравитационная сила, которая управляет движением планет, электромагнитная сила, изучающая взаимодействие между зарядами. Сильное взаимодействие объясняет устойчивость ядра, а слабое взаимодействие связано с радиоактивностью. Квантовая механика предполагает, что все состоит из квантов или пакетов энергии, которые могут вести себя как частица и волна. Итак, каждая сила должна иметь квант или носитель силы, связанный с ней.
За исключением гравитации, три фундаментальные силы уже, как известно, следуют этим законам квантовой механики и имеют связанный с ними носитель силы. Следовательно, их достоверность в квантовом мире не вызывает сомнений.
На сегодняшний день существуют различные теории квантовой гравитации. Наиболее известными подходами в этом контексте являются теория струн, каноническая теория квантования, петлевая квантовая теория, евклидовая квантовая теория, а последним является квантовая гравитационная теория, основанная на квантовых вычислениях.
Ни одна из упомянутых теорий не является полной и последовательной квантовой теорией гравитации. Все они постоянно развиваются, с каждым днем появляются новые идеи, что делает квантовую гравитацию одной из самых активных областей исследований в наши дни с большим количеством возможностей.
Многие надеются, что теория квантовой гравитации однажды позволит нам понять проблемы очень высоких энергий и минимальных размеров пространства, таких как поведение черных дыр, происхождение Вселенной и многое другое. А пока продолжайте исследовать! Никогда не знаешь, что когда-нибудь ты станешь тем, кто получит Нобелевскую премию за какой-нибудь прорыв в области квантовой гравитации!
