În prezent nu există o teorie cuantică a gravitației, în sensul în care există, să zicem, o teorie cuantică a câmpurilor gauge. „Gravitația cuantică” este pur și simplu un substituent pentru orice teorie reușind în cele din urmă să reunească teoria noastră despre mecanica dimensiunilor foarte mici, cuantică, cu teoria noastră despre relativitatea generală, pentru dimensiuni foarte mari.
„Instrumentaliștii” sunt capabili să ignore gravitația cuantică. Instrumentalismul, așa cum se înțelege în mod obișnuit, concepe teoriile științifice doar ca instrumente de predicție. Teoriile științifice, în această privință, nu sunt (sau nu ar trebui să fie) în poziția de a oferi o imagine exactă a realității în orice sens mai profund. Întrucât nu există în prezent observații care să impună o teorie gravitație cuantică, s-ar putea crede că susținătorii unei astfel de poziții ar considera această încercare drept speculații goale și greșite, probabil de interes formal, dar fără relevanță fizică.
Există, totuși, unele abordări mai mult sau mai puțin dezvoltate în domeniu, dintre care cea mai activă cercetare se încadrează într-una din cele două clase largi, teoria supercorzilor și gravitația cuantică canonică.
Supercorzile, prin urmare, nu sunt menite să reprezinte particule singulare sau interacțiuni unice, ci mai degrabă ele reprezintă întregul spectru de particule prin vibrațiile lor. În acest fel, teoria supercorzilor promite o „unificare ontologică” nouă și atractivă. Adică, spre deosebire de electroni, protonii și neutronii – care împreună compun atomii – și spre deosebire de cuarci și gluoni – care compun împreună protonii – corzile nu ar fi doar cel mai mic obiect din univers, unul din care sunt compuse alte tipuri de materie. Corzile nu ar fi doar constituenți ai electronilor sau protonilor în același mod în care aceste entități sunt constituenți ai atomilor. Mai degrabă, corzile ar fi tot ce există: electroni, cuarci și așa mai departe ar fi pur și simplu diferite moduri vibraționale ale unei corzi. La mijlocul anilor 1980 această idee a fost preluată de un număr de cercetători care au dezvoltat o teorie cuantică unitară a gravitației în zece dimensiuni.
O schiță a ideii de bază este după cum urmează. Luați în considerare o coardă clasică unidimensională propagat într-un spațiutimp relativist, măturând o suprafață de univers bidimensională, pe care o putem trata ca o varietate cu coordonate „interne”. Se poate face un tratament clasic al acestui sistem. Când teoria este cuantizată, un număr de proprietăți fascinante și sugestive apar drept consecințe necesare:
- De exemplu, s-a constatat că fiecare teorie a supercorzilor cuantificată interactivă implică în mod necesar gravitația. Adică, corzile închise au toate gravitoni (particule de spin-2 fără masă) în spectrul lor de excitație, iar corzile deschise îi conțin ca stări intermediare.
- În plus, metrica spațiutimp clasică pe spațiutimp de fundal trebuie să satisfacă o versiune a ecuațiilor câmpului Einstein (plus perturbații mici) dacă cerem (plauzibil) anumite condiții. Astfel, probabil, relativitatea generală rezultă din teoria corzilor în limita corespunzătoare.
- Este de asemenea necesar ca teoria să fie supersimetrică (o simetrie care să permită transformări între bosoni și fermioni), o proprietate atrăgătoare pentru fizicienii care caută teorii unificate.
Gravitația cuantică canonică urmărește o teorie cuantică nonperturbantă a câmpului gravitațional. Ea urmărește consistența între mecanica cuantică și gravitația, nu unificarea tuturor câmpurilor diferite. Ideea principală este de a aplica proceduri standard de cuantificare la teoria generală a relativității. Pentru a aplica aceste proceduri, este necesar ca relativitatea generală să fie exprimată în formă canonică (hamiltoniană) și apoi să se cuantizeze în mod obișnuit. Acest lucru a fost (parțial) realizat cu succes de Dirac (1964) și (diferit) de Arnowitt, Deser și Misner (1962). Deoarece pune relativitatea într-o formă mai familiară, ea face ca o sarcină altfel descurajantă să pară dificilă, dar ușor de gestionat.
Atât teoria supercorzilor cât și programul canonic au evoluat foarte mult de la formulele lor inițiale și, în măsura în care suntem conștienți, este posibil ca ele să conveargă într-un fel: de exemplu, probabil că vreo versiune a formulării Ashtekar se va dovedi a fi o realizare a teoriei M. Așadar, viitorul poate dezvălui o analogie între evoluțiile istorice ale gravitației cuantice și formulele Schrodinger și Heisenberg ale mecanicii cuantice. Dacă s-ar întâmpla acest lucru, atunci ne-am aștepta la noi perspective fructuoase în toate problemele ridicate aici.
Sursa: Craig Callender, Nick Huggett, Physics meets philosophy at the Planck scale
Lasă un răspuns