Kvantna gravitacija je teorijska grana fizike koja pokušava spojiti dvije temeljne teorije: kvantnu mehaniku, koja opisuje ponašanje subatomskih čestica i opću teoriju relativnosti, koja opisuje gravitaciju i strukturu prostora-vremena na velikim skalama. Cilj kvantne gravitacije je pružiti koherentan okvir koji bi mogao objasniti gravitacijske pojave na najfundamentalnijoj, kvantnoj razini. No, postoje problemi u spajanju kvantne mehanike i opće relativnosti.
Opća teorija relativnosti, koju je razvio Albert Einstein, uspješno opisuje gravitaciju kao zakrivljenost prostora-vremena uzrokovanu masom i energijom. Međutim, ona ne uključuje načela kvantne mehanike, koja su neophodna za opisivanje ponašanja čestica na vrlo malim skalama, poput onih unutar atoma.
- PROČITAJTE VIŠE: Panonsko more formiralo se tijekom miocena, a prekrivalo je veliki dio današnje središnje Europe
S druge strane, kvantna mehanika vrlo precizno opisuje tri od četiri temeljne sile prirode. Točnije, ona opisuje elektromagnetizam te slabu i jaku nuklearnu silu. No, nije u stanju opisati gravitaciju na kvantnoj razini. Kad se pokušava primijeniti kvantna mehanika na gravitaciju, nastaju matematičke poteškoće, kao što su beskonačnosti koje nije lako ukloniti.
Ključni koncepti kvantne gravitacije
Kvantna gravitacija nastoji riješiti ove probleme kombinirajući ideje iz obiju teorija. A neki od pristupa uključuju:
- Teorija struna: Ova teorija koja se na engleskom zove string theory predlaže da su osnovni sastojci svemira ne točkaste čestice, nego sićušne, vibrirajuće strune. Različite vibracije ovih struna predstavljaju različite čestice, uključujući one koje prenose gravitaciju, kao što je hipotetska čestica gravitona. Teorija struna nudi potencijalno ujedinjenje svih sila u prirodi, uključujući gravitaciju, unutar jedinstvenog kvantnog okvira.
- Loop kvantna gravitacija: Ovaj pristup pokušava direktno kvantizirati prostor-vrijeme koristeći teoriju čvorova (loopova). Umjesto da prostor-vrijeme promatra kao kontinuum, loop kvantna gravitacija sugerira da je prostor-vrijeme sačinjeno od diskretnih, kvantiziranih jedinica. Ove jedinice, nazvane “čvorovi” ili “loopovi”, tvore mrežu koja čini osnovu prostor-vremena.
- Kvantna teorija polja u zakrivljenom prostor-vremenu: Ovaj pristup kombinira kvantnu teoriju polja s općom relativnošću, zadržavajući klasičnu pozadinu zakrivljenog prostor-vremena, ali primjenjujući kvantne zakone na polja koja postoje unutar tog prostora-vremena. To je jedan od koraka prema potpunoj teoriji kvantne gravitacije, ali nije u potpunosti kvantizirana teorija gravitacije.
Kvantna gravitacija nosi svoje izazove i implikacije
Jedan od glavnih izazova kvantne gravitacije je testiranje njenih predviđanja, budući da su efekti koje ona opisuje često izvan dosega trenutnih eksperimentalnih tehnika. Na primjer, fenomeni kvantne gravitacije očekuju se na vrlo malim skalama, kao što je Planckova skala (oko 10 na -35 metara), što je daleko izvan dosega današnje tehnologije.
Kvantna gravitacija također ima potencijalno važne implikacije za našu razumijevanje crnih rupa i početka svemira. U okviru klasične opće relativnosti, singularnosti kao što su one unutar crnih rupa ili u trenutku Velikog praska predstavljaju točke gdje zakoni fizike prestaju funkcionirati. Teorija kvantne gravitacije mogla bi riješiti ove singularnosti i pružiti dublje razumijevanje tih ekstremnih uvjeta.
Kvantna gravitacija je jedno od najambicioznijih područja u suvremenoj fizici, s ciljem ujedinjenja temeljnih teorija koje opisuju naš svemir. Iako još uvijek nije postignut konačan odgovor, istraživanja u ovom području pružaju dublji uvid u prirodu gravitacije i temeljnu strukturu prostora i vremena. Uspješan razvoj teorije kvantne gravitacije mogao bi revolucionirati naše razumijevanje svemira i postaviti temelje za nova otkrića u fizici. Ako vas ova tema koja se na engleskom zove quantum gravity zanima, više možete doznati na Wikipediji.
