Graviton

Předpokládá se, že gravitační interakce jsou zprostředkovány dosud neobjevenou elementární částicí, označovanou jako graviton. Tři další známé přírodní síly jsou zprostředkovány elementárními částicemi: elektromagnetismus fotonem, silná interakce gluony a slabá interakce bosony W a Z. V tomto případě se jedná o elementární částice. Zdá se, že všechny tyto tři síly jsou přesně popsány standardním modelem částicové fyziky. V klasické limitě by se úspěšná teorie gravitonů redukovala na obecnou teorii relativity, která se sama redukuje na Newtonův gravitační zákon v limitě slabého pole.

Termín graviton byl původně vytvořen v roce 1934 sovětskými fyziky Dmitrijem Blokhintsevem a F.M. Gal’perin.

Gravitony a renormalizaceUpravit

Při popisu interakcí gravitonů se klasická teorie Feynmanových diagramů a semiklasických korekcí, jako jsou jednosmyčkové diagramy, chová normálně. Feynmanovy diagramy s alespoň dvěma smyčkami však vedou k ultrafialovým divergencím. Tyto nekonečné výsledky nelze odstranit, protože kvantizovaná obecná relativita není na rozdíl od kvantové elektrodynamiky a modelů, jako je Yangova-Millsova teorie, perturbativně renormalizovatelná. Z perturbační metody, kterou fyzikové počítají pravděpodobnost, že částice bude emitovat nebo absorbovat gravitony, proto vyplývají nevypočitatelné odpovědi a teorie ztrácí prediktivní věrohodnost. Tyto problémy a komplementární aproximační rámec jsou důvodem k tomu, aby se ukázalo, že k popisu chování v blízkosti Planckovy škály je zapotřebí jednotnější teorie než kvantizovaná obecná relativita.

Srovnání s ostatními silamiEdit

Stejně jako nositelé sil ostatních sil (viz foton, gluon) hraje gravitace v obecné relativitě roli při definování prostoročasu, v němž se odehrávají události. V některých popisech energie modifikuje „tvar“ samotného prostoročasu a gravitace je výsledkem tohoto tvaru, což je myšlenka, která se na první pohled může zdát těžko slučitelná s představou síly působící mezi částicemi. Protože diferenciální invariance teorie neumožňuje vyčlenit žádné konkrétní časoprostorové pozadí jako „pravé“ časoprostorové pozadí, říká se, že obecná relativita je nezávislá na pozadí. Naproti tomu standardní model není nezávislý na pozadí, přičemž Minkowského prostor má zvláštní status jako pevný časoprostor na pozadí. Ke sladění těchto rozdílů je zapotřebí teorie kvantové gravitace. Zda by tato teorie měla být nezávislá na pozadí, je otevřená otázka. Odpověď na tuto otázku určí naše chápání toho, jakou konkrétní roli hraje gravitace v osudu vesmíru.

Gravitony ve spekulativních teoriíchEdit

Teorie řetězců předpovídá existenci gravitonů a jejich dobře definovaných interakcí. Graviton v perturbační teorii strun je uzavřená struna ve velmi konkrétním nízkoenergetickém vibračním stavu. Rozptyl gravitonů v teorii strun lze také vypočítat z korelačních funkcí v konformní teorii pole, jak to diktuje korespondence AdS/CFT, nebo z teorie matic.

Vlastností gravitonů v teorii strun je, že jako uzavřené struny bez koncových bodů by nebyly vázány na větve a mohly by se mezi nimi volně pohybovat. Pokud žijeme na brane (jak předpokládají teorie brane), mohl by tento „únik“ gravitonů z brane do prostoru vyšších dimenzí vysvětlit, proč je gravitace tak slabou silou, a gravitony z jiných bran sousedících s naší by mohly poskytnout potenciální vysvětlení temné hmoty. Pokud by se však gravitony mezi branami pohybovaly zcela volně, došlo by k přílišnému zředění gravitace, což by způsobilo porušení Newtonova zákona inverzní kvadratury. Lisa Randallová proti tomu zjistila, že trojbran (jako je ten náš) by měl vlastní gravitační přitažlivost, která by bránila gravitonům ve volném pohybu, což by mohlo vést ke zředění gravitace, které pozorujeme, a zároveň by zhruba zachovávalo Newtonův inverzní kvadratický zákon. Viz brane cosmology.

Teorie Ahmeda Faraga Aliho a Saurya Dase přidává k obecným relativistickým geodetikám kvantově mechanické korekce (pomocí Bohmových trajektorií). Pokud gravitony dostanou malou, ale nenulovou hmotnost, mohlo by to vysvětlit kosmologickou konstantu bez potřeby temné energie a vyřešit problém malosti. Teorie získala v roce 2014 čestné uznání v soutěži Essay Competition of the Gravity Research Foundation za vysvětlení malosti kosmologické konstanty. Teorie rovněž obdržela Čestné uznání v soutěži Essay Competition of the Gravity Research Foundation 2015 za přirozené vysvětlení pozorované velkorozměrové homogenity a izotropie vesmíru v důsledku navržených kvantových korekcí.