La gravità quantistica è un termine generale per teorie che tentano di unificare la gravità con l'altra forze fondamentali della fisica (che sono già unificati insieme). In genere pone un'entità teorica, un gravitone, che è una particella virtuale che media la forza gravitazionale. Questo è ciò che distingue la gravità quantistica da alcune altre teorie di campo unificate - sebbene, in equità, alcune teorie che sono generalmente classificate come gravità quantistica non richiedono necessariamente a gravitoni.
Che cos'è un Graviton?
Il modello standard di meccanica quantistica (sviluppato tra il 1970 e il 1973) postula che gli altri tre forze fondamentali della fisica sono mediati da bosoni virtuali. I fotoni mediano la forza elettromagnetica, i bosoni W e Z mediano la debole forza nucleare e i gluoni (come quark) mediano la forte forza nucleare.
Il gravitone, quindi, dovrebbe mediare la forza gravitazionale. Se trovato, il gravitone dovrebbe essere privo di massa (perché agisce istantaneamente a lunghe distanze) e avere spin 2 (perché la gravità è un campo tensore di secondo rango).
La gravità quantistica è provata?
Il problema principale nel test sperimentale di qualsiasi teoria della gravità quantistica è che i livelli di energia richiesti per osservare le congetture sono irraggiungibili negli attuali esperimenti di laboratorio.
Anche teoricamente, la gravità quantistica incontra seri problemi. La gravitazione è attualmente spiegata attraverso teoria della relatività generale, che fa ipotesi molto diverse sull'universo su scala macroscopica rispetto a quelle fatte dalla meccanica quantistica su scala microscopica.
I tentativi di combinarli generalmente si imbattono nel "problema di rinormalizzazione", in cui la somma di tutte le forze non si annulla e si traduce in un valore infinito. Nell'elettrodinamica quantistica, ciò accadeva occasionalmente, ma si potrebbe rinormalizzare la matematica per rimuovere questi problemi. Tale rinormalizzazione non funziona in un'interpretazione quantistica della gravità.
I presupposti della gravità quantistica sono generalmente che una tale teoria si dimostrerà sia semplice che elegante, quindi molti fisici tentano di lavorare all'indietro, prevedere una teoria che ritengono possa spiegare le simmetrie osservate nella fisica attuale e quindi vedere se quelle teorie funzionano.
Alcune teorie di campo unificate classificate come teorie della gravità quantistica includono:
- Teoria delle stringhe / Teoria delle superstringhe / Teoria M.
- supergravità
- Gravità quantistica del loop
- Teoria di Twistor
- Geometria non commutativa
- Gravità quantistica euclidea
- Equazione di Wheeler-deWitt
Certo, è del tutto possibile che se esiste la gravità quantistica, non sarà né semplice né elegante, nel qual caso questi tentativi vengono affrontati con ipotesi errate e, probabilmente, lo sarebbero impreciso. Solo il tempo e la sperimentazione lo diranno di sicuro.
È anche possibile, come prevedono alcune delle teorie di cui sopra, che una comprensione della gravità quantistica non lo farà consolidare semplicemente le teorie, ma introdurrà piuttosto una comprensione fondamentalmente nuova dello spazio e tempo.
A cura di Anne Marie Helmenstine, Ph. D.