Graviton

Probase que as interações gravitacionais são mediadas por uma partícula elementar ainda não descoberta, apelidada de graviton. As outras três forças conhecidas da natureza são mediadas por partículas elementares: o eletromagnetismo pelo fóton, a interação forte pelos gluões e a interação fraca pelos bósons W e Z. Todas essas três forças parecem ser descritas com precisão pelo Modelo Padrão da Física de Partículas. No limite clássico, uma teoria bem sucedida dos gravitões reduziria à relatividade geral, que por sua vez se reduz à lei de Newton da gravitação no limite do campo fraco.

O termo gravitão foi originalmente cunhado em 1934 pelos físicos soviéticos Dmitrii Blokhintsev e F.M. Gal’perin.

Gravitons and renormalizationEdit

Ao descrever as interações gravíticas, a teoria clássica dos diagramas de Feynman e correções semiclássicas como os diagramas de um loop comportam-se normalmente. Entretanto, os diagramas de Feynman com pelo menos dois loops levam a divergências ultravioletas. Estes resultados infinitos não podem ser removidos porque a relatividade geral quantificada não é perturbativamente renormalizável, ao contrário da electrodinâmica quântica e de modelos como a teoria de Yang-Mills. Portanto, respostas incalculáveis são encontradas a partir do método de perturbação pelo qual os físicos calculam a probabilidade de uma partícula emitir ou absorver gravitões, e a teoria perde a veracidade preditiva. Esses problemas e o quadro de aproximação complementar são fundamentos para mostrar que uma teoria mais unificada que a relatividade geral quantificada é necessária para descrever o comportamento próximo à escala de Planck.

Comparação com outras forçasEditar

Como os portadores de força das outras forças (ver fóton, glúon), a gravitação tem um papel na relatividade geral, na definição do tempo espacial em que os eventos ocorrem. Em algumas descrições a energia modifica a “forma” do próprio espaço-tempo, e a gravidade é o resultado desta forma, uma ideia que à primeira vista pode parecer difícil de igualar com a ideia de uma força que actua entre partículas. Como a invariância do diffeomorfismo da teoria não permite que nenhum fundo espaço-tempo em particular seja apontado como o fundo espaço-tempo “verdadeiro”, diz-se que a relatividade geral é independente do fundo. Em contraste, o Modelo Padrão não é independente do fundo, com o espaço Minkowski desfrutando de um status especial como o espaço-tempo de fundo fixo. Uma teoria da gravidade quântica é necessária para reconciliar estas diferenças. Se esta teoria deve ser independente do fundo é uma questão em aberto. A resposta a esta pergunta irá determinar o nosso entendimento do papel específico que a gravitação desempenha no destino do universo.

Gravitons in speculative theoriesEdit

String theory prediz a existência de gravitões e as suas interacções bem definidas. Um gravitão em teorias perturbativas de cordas é uma corda fechada em um estado vibracional de baixa energia muito particular. A dispersão dos gravitons na teoria das cordas também pode ser calculada a partir das funções de correlação na teoria dos campos conformados, como ditado pela correspondência AdS/CFT, ou da teoria da matriz.

Uma característica dos gravitons na teoria das cordas é que, como cordas fechadas sem pontos terminais, eles não estariam ligados a marcas e poderiam se mover livremente entre eles. Se vivermos sobre uma farpa (como hipótese pelas teorias das farpas), este “vazamento” de gravitões da farpa para o espaço de dimensões superiores poderia explicar porque a gravitação é uma força tão fraca, e gravitões de outras farpas adjacentes à nossa poderiam fornecer uma explicação potencial para a matéria escura. No entanto, se os gravitões se movessem completamente livremente entre as farpas, isso diluiria demais a gravidade, causando uma violação da lei do quadrado inverso de Newton. Para combater isto, Lisa Randall descobriu que uma tripla marca (como a nossa) teria uma força gravitacional própria, impedindo que os gravitões se movessem livremente, possivelmente resultando na gravidade diluída que observamos, mantendo, grosso modo, a lei do quadrado inverso de Newton. Ver brane cosmology.

A teoria de Ahmed Farag Ali e Saurya Das adiciona correcções mecânicas quânticas (usando trajectórias de Bohm) à geodésia relativista geral. Se aos gravitões for dada uma massa pequena mas não nula, isso poderia explicar a constante cosmológica sem necessidade de energia escura e resolver o problema da pequenez. A teoria recebeu uma Menção Honrosa no Concurso de Ensaios de 2014 da Gravity Research Foundation para explicar a pequenez da constante cosmológica. Também a teoria recebeu uma Menção Honrosa no Concurso de Ensaio 2015 da Gravity Research Foundation por explicar naturalmente a homogeneidade e isotropia do universo observada em grande escala devido às correcções quânticas propostas.