Modalități de abordare a gravitației cuantice

Prin introducerea unei scheme taxonomice utile, Chris Isham (1994) a propus divizarea numeroaselor abordări pentru formularea unei teorii cuantice a gravitației în patru tipuri largi de abordări: în primul rând acele cuantificări ale relativității generale (RG); în al doilea rând, acea fizică cuantică „general-relativizantă”; în al treilea rând, construcțiile de teorii cuantice convenționale care includ gravitația și consideră RG ca fiind limita sa la energie redusă; și a patra, care ia în considerare atât RG cât și teoriile cuantice convenționale ale materiei ca limite de energie redusă ale unei teorii fundamentale radicale.

Prima familie de strategii pornește de la clasica RG și încearcă să aplice, într-un mod riguros și fizic bazat pe principii fizice, o procedură de „cuantificare”, adică o rețetă pentru prepararea unei teorii cuantice dintr-o teorie clasică, cum ar fi RG. Bineînțeles, cuantizarea se face din punct de vedere metafizic, în sensul că pornește de la teoria clasică problematică – care se dovedește a fi deficitară și, prin urmare, necesită înlocuire – și încearcă să ridice clădirea solidă a unei teorii cuantice a gravitației pe ruina sa. Dar ar trebui să fie înțeleasă, la fel ca scara lui Wittgenstein, ca un mijloc metodologic promițător spre un scop. Procedurile de cuantizare au fost aplicate cu succes în altă parte în fizică și au produs, printre altele, teorii importante precum electrodinamica cuantică. Avocații abordărilor din această familie speră să repete aceste succese în fizica gravitațională. Prima familie este alcătuită din două tipuri, ansatz covariante și cea cuantică puternică canonică. O cuantificare canonică necesită ca teoria care trebuie să fie cuantificată să fie exprimată într-un formalism anume, așa-numitul formalism Hamiltonian constrâns. Gravitatea cuantică în bucle (GCB) este cel mai proeminent reprezentant al acestei tabere, dar există și alte abordări.

În a doua familie, până în prezent nu există nici o cale promițătoare de a obține o teorie cuantică completă a gravitației prin „teoria cuantică (a câmpului) general-relativizantă”, adică prin folosirea unor tehnici care să permită integrarea completă a aspectelor RG într-o teorie cuantică. Singurul reprezentant existent al acestei abordări constă în încercările de a formula o teorie a câmpului cuantic într-un spațiu de fundal curbat, mai degrabă decât în ​​plan obișnuit. Ideea generală a acestei abordări este de a încorpora, într-un sens local, principiul RG al covarianței generale. Este important de reținut că, totuși, spațiu-timpul de fundal, curbat, deși poate fi, nu este deloc dinamic. Cu alte cuvinte, nu poate fi interpretată, așa cum este posibil în RG, pentru a interacționa cu domeniile materiei.

Cel de-a treia familie, de asemenea, ia fizica cuantică drept punct de vedere, dar în loc să încorporeze direct aspectele RG, încearcă să extindă fizica cuantică cu mijloace cât mai convenționale posibil pentru a include gravitația. RG, se speră, va fi apoi la teoria rezultată în limita sa de energie redusă. De departe, cel mai promițător membru al acestei familii este teoria corzilor, care, cu toate acestea, depășește cu mult teoria câmpului cuantic convențional, atât din punct de vedere metodologic, cât și din punct de vedere al ambiției. În ciuda prelungirii limitelor asumate ale familiei, teoria corzilor încă ia teoria câmpului cuantic convențional ca punct de vedere, istoric și sistematic, și nu încearcă să construiască o teorie nouă despre gravitația cuantică disociată de fizica „veche”. Din nou, există și alte abordări în această familie, cum ar fi teoria topologică a câmpului cuantic, dar niciuna dintre ele nu are un sprijin substanțial printre fizicieni.

A patra și ultima familie de taxonomii este cel mai bine caracterizat prin atitudinea sa iconoclastică. Pentru abordările heterodoxe de acest tip, nicio fizică cunoscută nu servește drept punct de plecare; mai degrabă sunt luate în considerare perspectivele radicale în încercarea de a formula o teorie cuantică a gravitației ab initio. DAceste abordări sugerează deocamdată numai scheme programatice, mai degrabă decât teorii complete. Ele atrag atenția, în cea mai mare parte, din cauza înfricoșătoarei incompatibilități adânci a principiilor călăuzitoare ale fizicii cuantice și ale GR. Această incompatibilitate, susținută, nu poate fi rezolvată decât dacă se realizează un început radical.

Toate aceste abordări au atracțiile lor și, prin urmare, sunt dezvoltate în continuare. Dar toate au deficiențele. În afară de cele două provocări majore pentru GCB, o problemă majoră comună tuturor acestora este lipsa totală a unei legături reale cu observațiile sau experimentele. Există câteva propuneri cu privire la modul în care unele sau toate abordările pot intra în contact cu observațiile empirice, dar până în prezent aceste propuneri nu depășesc adesea sugestii destul de speculative cu privire la modul în care pot fi stabilite astfel de contacte. Fie teoria este prea flexibilă, astfel încât să fie capabilă să găzduiască aproape orice date empirice, și deci nerefutabilă, cum ar fi predicțiile teoriei corzilor de particule supersimetrice care au fost revizuite în mod constant în lumina defecțiunilor detectoarelor de particule de a le găsi la energiile predicate, precum binecunoscuta „problemă a peisajului” de a alege între 10⁵⁰⁰ de modele diferite. Sau legătura dintre datele și teoriile cele mai înțelese este extrem de subevaluată și controversată, cum ar fi problema modului în care limitele restricționării limitate a simetriei Lorentz se referă la teorii ale predicției gravitației cuantice sau la asumarea unei structuri discrete de spațiu-timp considerând că încalcă sau cel puțin modifică simetria Lorentz atât de bine confirmată la scări mai mari. Sau predicțiile făcute de teorii sunt testabile numai în regimuri experimentale atât de îndepărtate de capacitățile tehnologice actuale, cum ar fi predicțiile GCB că spațiu-timpul este discret la nivelul Planck la un cvintet de 10¹⁸ de ori mai mare decât scalele energetice probate de Large Hadron Coliziune la CERN. Sau pur și simplu nimeni nu are o idee de la distanță despre cum teoria se poate conecta la empirism, așa cum este cazul abordărilor ale celui de-a patra familie precum teoria setului cauzal.

Sursa: Christian Wüthrich, In search of lost spacetime: philosophical issues arising in quantum gravity