Квантовая гравитация

Ква́нтовая гравита́ция — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия.

Квантовая теория всемирного тяготения

Прежде чем представить Вашему вниманию квантовую теорию всемирного тяготения, следует вспомнить принцип соответствия — утверждение, что любая новая научная теория должна включать старую теорию и её результаты как частный случай. Например, в специальной теории относительности в пределе малых скоростей $v ≪ c$ получаются те же следствия, что и в классической механике. Так, преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея, время течёт одинаково во всех системах отсчёта, кинетическая энергия становится равной $\frac{mv^{2}}{2}$ и т.д. Общая теория относительности даёт те же результаты, что и классическая теория тяготения Ньютона при малых скоростях v ≪ c и при малых значениях гравитационного потенциала $\frac {\Phi }{c^{2}}\ll 1$. В квантовой механике принципом соответствия называется утверждение о том, что поведение квантовомеханической системы стремится к классической физике в пределе больших квантовых чисел, т.е. при больших значениях действия $S\gg \hbar$.

Отсюда следует, что принцип соответствия для квантовой теорие всемирного тяготения не может быть столь простым. Речь идёт о том, что преобразования $c\rightarrow\infty$ (эквивалентно пределу малых скоростей v ≪ c) и $\hbar\rightarrow0$ (эквивалентно пределу больших значениях действия $S\gg \hbar$) должны выполняться одновременно, а не произвольно.

Проблемы создания

Несмотря на активные исследования, квантовая гравитация пока не построена (уст., см. выше). Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино — квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временную эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. В общей теории относительности внешнего пространства-времени нет: оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём квантовых систем. Возникающая связь требует какого-то квантования самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен, и сколь-нибудь успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует.

Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности: квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией.

Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

Перспективные кандидаты

Два основных направления, пытающихся построить квантовую гравитацию, — это теория струн и петлевая квантовая гравитация.

В первой из них вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны. Для многомерных задач браны являются многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся внутри этих бран, они являются пространственно-временными структурами. Во втором подходе делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону.

Вполне возможно, что успешное построение квантовой гравитации будет связано с формулировкой и развитием более общей теории — так называемой М-теории, — которая в определённых предельных случаях даст и классическую гравитацию, и квантовую теорию поля.

В конце 2007 года появилась Исключительно простая теория всего, в которой сформулирован вариант единой теории поля, объединяющий все известные взаимодействия и, в частности, описывающий квантовое гравитационное поле. Хотя динамика данной теории пока не исследовалась, и пока нельзя считать, что в рамках этой теории построена квантовая теория гравитации. Кроме того, в данной теории имеется ряд трудностей (правда, не связанных с квантовой теорией гравитации). Дальнейшие исследования должны прояснить, имеет ли данное направление перспективы для построения реалистичной квантовой теории гравитации.

Есть полностью работающая квантовая гравитация, использующая новый подход - вычисление элементарного гравитационного заряда. Эта теория согласуется с экспериментом.

Перспективной является также атомная теория гравитации В. Л. Янчилина,не признаная пока научным сообществом, в которой гравитация возникает как простое следствие положений квантовой механики и никакие новые объекты не вводятся, зато исчезают непонятные логике сингулярности ОТО и пропадает необходимость в "тёмной энергии".Подробное изложение теории можно найти в книге Тайны гравитации .Теория Янчилина может быть проверена с помощью эксперимента с высокоточными атомными часами.До настоящего момента эксперимент не проводился.

См. также

• Теория всего
• Теория струн
• М-теория
• Петлевая квантовая гравитация
• Общая теория относительности

Внешние ссылки

• Шеллард, Пол и др. Квантовая гравитация (Quantum Gravity). Пер. с англ. В. Г. Мисовца. Ссылка проверена 08:45, 23 ноября 2007 (UTC).
• Климец А.П. К квантовой теории гравитации

Теории гравитации Стандартные теории гравитации Альтернативные теории гравитации Квантовые теории гравитации Единые теории поля Классическая физика Теория тяготения Ньютона Релятивистская физика Общая теория относительности Математическая формулировка общей теории относительности Гравитоэлектромагнетизм Принципы Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции Принцип Маха Геометродинамика [1] Классические Теория гравитации Лесажа Модифицированная ньютоновская динамика (MOND) [2] Релятивистские Ковариантная теория гравитации Лоренц-инвариантная теория гравитации Максвеллоподобные гравитационные уравнения Метрическая теория относительности Сильная гравитация Релятивистская теория гравитации Гравитация с массивным гравитоном [3] Телепараллелизм [4] Теория Нордстрёма [5] Теория Бранса — Дикке [6] Биметрические теории гравитации [7] Несимметричные теории гравитации [8] Теория гравитации Уайтхеда [9] Теория Эйнштейна — Картана [10] Каноническая квантовая гравитация [11] Петлевая квантовая гравитация [12] Полуклассическая гравитация [13] Причинная динамическая триангуляция [14] Евклидова квантовая гравитация [15] Уравнение Уилера — ДеВитта [16] Индуцированная гравитация [17] Некоммутативная геометрия [18] Многомерные Общая теория относительности в многомерном пространстве [19] Теория Калуцы — Клейна [20] Струнные Теория струн Теория суперструн [21] М-теория [22] Прочие Исключительно простая теория всего Общее поле