Che cos'è la gravità quantistica?

La gravità quantistica è un termine generale per teorie che tentano di unificare la gravità con le altre forze fondamentali della fisica (che sono già unificate 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 tutta onestà, alcune teorie che sono tipicamente classificate come gravità quantistica non richiedono necessariamente un gravitone.

Che cosa's un Graviton?

Il modello standard di meccanica quantistica (sviluppato tra il 1970 e il 1973) postula che le altre tre forze fondamentali della fisica siano mediate da bosoni virtuali. I fotoni mediano la forza elettromagnetica, i bosoni W e Z mediano la debole forza nucleare e i gluoni (come i 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).

È comprovata la gravità quantistica?

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 la 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, così molti fisici tentano di lavorare all'indietro, predicendo 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 la gravità quantistica esiste, non sarà né semplice né elegante, nel qual caso questi tentativi vengono affrontati con ipotesi errate e, probabilmente, sarebbero inaccurati. 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 si limiterà a consolidare le teorie, ma introdurrà piuttosto una comprensione fondamentalmente nuova di spazio e tempo.

A cura di Anne Marie Helmenstine, Ph.D.