Claus Kiefer, despre gravitația cuantică

Claus Kiefer, în Quantum Gravity, începe prin a motiva căutarea gravitației cuantice și evidențiază principalele direcții de cercetare. Ca motivații el citează „unificarea”, „găurile negre”, „problema timpului”. Pe scurt: (1) teoriile unificatoare au fost fructuoase în trecut, deci ar trebui să ne așteptăm ca aceasta să fie fructuoasă în viitor; (2) avem nevoie de o relatare a etapelor finale ale găurilor negre; și (3) cadrele teoriei câmpului cuantic și relativității generale implică concepții radicale distincte despre spațiu și timp, iar această inconsecvență trebuie eliminată. Dacă aceste motivații nu sunt suficiente, el citează un argument dimensional care arată că efectele gravitaționale cuantice ar trebui să devină neglijabile la scara Planck. În acest caz, avem nevoie de o teorie care să se ocupe de un astfel de regim și în prezent nu avem una. Discuția sa despre diferitele abordări ale gravitației cuantice este mult prea scurtă și este marcată, ca și restul cărții, de absența oricărei mențiuni a metodelor care nu se încadrează în sfera de cuantizare canonică și covariantică – Kiefer folosește distincția lui Isham între abordările „primare” și „secundare”, conform cărora regulile de cuantizare euristică sunt aplicate relativității generale sau relativității generale derivate dintr-o teorie cuantică mai fundamentală din teoria corzilor. Capitolul 1 conține, de asemenea, o discuție destul de utilă a problemelor întâlnite în abordările semi-clasice ale gravitației cuantice. Kiefer este de părere că cuplarea unui sistem clasic (cum ar fi un câmp gravitațional clasic) într-un sistem cuantic (cum ar fi câmpul cuantificat care acționează ca o sursă de energie de stres pentru câmpul gravitațional) are ca rezultat o „transferare” a proprietăților cuantice.

Capitolul 2 este o examinare foarte detaliată a abordărilor covariante ale gravitației cuantice, începând cu conceptul de graviton și terminând cu supergravitația. Abordările covariante originale au fost perturbative: se descompune întreaga metrică spațială într-o parte fixă ​​sau de fond și o „perturbare” în legătură cu acest fundal non-dinamic. Pentru a utiliza mecanismele teoriei câmpului cuantic, partea de fundal este identificată cu spațiul Minkowski cu semnătura metrică η_ab = diag(−,+,+, +). Astfel obținem:

g_ab = η_ab + p_ab

unde perturbația este mică (adică forța câmpului gravitațional se presupune a fi foarte slabă). Kiefer demonstrează modul în care noțiunea de graviton, cu elicitatea sa caracteristică și proprietățile de masă, decurge din cuantizarea covariantică a acestei teorii. Punctul crucial este că fundalul plat Minkowski permite construirea gravitonilor din teoria reprezentării grupului Poincare. Fără aceasta nu primim o noțiune invariantă de „particule”. Dar, după cum subliniază Kiefer, această configurație este aplicabilă numai energiilor joase; dincolo de nivelul linearizat, analiza se descompune, iar gravitonul se pierde. Cu toate acestea, util pentru înțelegerea revendicării teoriei corzilor asupra gravitației cuantice este discuția analizei lui Weinberg asupra gravitației cuantice covariante. Weinberg, în discuția sa despre gravitația cuantică covariantică, a arătat că, în cazul vidului, se poate deduce principiul de echivalență și relativitatea generală din inversarea Lorentz a teoriei câmpului cuantic de spin-2 a gravitonului: este echivalentă cu relativitatea generală și rezultă din teoria cuantică. Rezultatul este că orice teorie cu gravitoni este o teorie care poate găzdui relativitatea generală (într-o anumită limită adecvată). Această analiză constituie baza afirmației teoriei corzilor că este o teorie candidată a gravitației cuantice: deoarece există un mod de vibrație a corzii care corespunde unei particule de spin-2 fără masă, există o explicare a relativității generale.

Fundalul presupus plat al metodei covariante de cuantizare este o problemă conceptuală, cu siguranță, dar duce și la dificultăți tehnice mai grave în contextul relativității generale. Mă refer, bineînțeles, la non-renormalizabilitatea teoriei – aceasta a fost lovitura de moarte a acestor abordări, nu a problemelor conceptuale. Cu toate acestea, există o oportunitate ratată de Kiefer aici pentru a explica modul în care problema conceptuală a spațiutimpului fix și problema tehnică a non-renormalizabilității interacționează, deoarece există un sens în care problema tehnică își are rădăcinile în problema conceptuală mai aprofundată. Acest lucru este adus frecvent în discuție de către acei fizicieni care favorizează modele independente sau discrete ale spațiutimpului. Kiefer concluzionează că, deși abordarea perturbativă poate conduce la predicții fizice, în cadrul unei teorii eficiente a câmpului – și, într-adevăr, este cerut să extragem fizica „reală” din orice teorie cuantică a gravitației, în final ajungem să susținem – ceea ce este cu adevărat necesar p- fie o abordare non-perturbativă, fie o altă teorie unificată care eclipsează teoria câmpului standard. Restul cărții lui Kiefer este apoi dedicată unor astfel de abordări.

Sursa Dean Rickies, Interpreting Quantum Gravity