Graviton

A feltételezések szerint a gravitációs kölcsönhatásokat egy még fel nem fedezett elemi részecske, a graviton közvetíti. A természet három másik ismert erejét elemi részecskék közvetítik: az elektromágnesességet a foton, az erős kölcsönhatást a gluonok, a gyenge kölcsönhatást pedig a W- és Z-bozonok. Úgy tűnik, hogy mindhárom erő pontosan leírható a részecskefizika Standard Modelljével. A klasszikus határértékben a gravitonok sikeres elmélete az általános relativitáselméletre redukálódna, amely a gyenge mező határértékben maga is Newton gravitációs törvényére redukálódik.

A graviton kifejezést eredetileg 1934-ben Dmitrij Blokhintsev és F.M. Gal’perin.

Gravitonok és renormálásSzerkesztés

A graviton kölcsönhatások leírásakor a klasszikus elmélet Feynman-diagramjai és a félklasszikus korrekciók, például az egyhurkos diagramok normálisan viselkednek. A legalább két hurokkal rendelkező Feynman-diagramok azonban ultraibolya eltérésekhez vezetnek. Ezek a végtelen eredmények nem távolíthatók el, mert a kvantált általános relativitáselmélet nem perturbatívan renormálható, ellentétben a kvantumelektrodinamikával és az olyan modellekkel, mint a Yang-Mills elmélet. Ezért kiszámíthatatlan válaszokat kapunk a perturbációs módszerből, amellyel a fizikusok kiszámítják egy részecske gravitonok kibocsátásának vagy elnyelésének valószínűségét, és az elmélet elveszíti prediktív hitelességét. Ezek a problémák és a komplementer közelítési keret indokolja, hogy a Planck-skála közeli viselkedés leírásához a kvantált általános relativitáselméletnél egységesebb elméletre van szükség.

Összehasonlítás más erőkkelSzerkesztés

A gravitáció – a többi erő erőhordozóhoz (lásd foton, gluon) hasonlóan – szerepet játszik az általános relativitáselméletben, annak a téridőnek a meghatározásában, amelyben az események zajlanak. Egyes leírásokban az energia módosítja magának a téridőnek az “alakját”, és a gravitáció ennek az alaknak az eredménye, ami első pillantásra nehezen illeszthető össze a részecskék között ható erő elképzelésével. Mivel az elmélet diffeomorfizmus-invarianciája nem teszi lehetővé, hogy egy adott téridő-háttér “valódi” téridő-háttérként kijelölhető legyen, az általános relativitáselméletet háttérfüggetlennek mondják. Ezzel szemben a Standard Modell nem háttérfüggetlen, mivel a Minkowski-tér különleges státuszt élvez, mint rögzített háttér-téridő. E különbségek összeegyeztetéséhez a kvantumgravitáció elméletére van szükség. Az, hogy ennek az elméletnek háttérfüggetlennek kell-e lennie, nyitott kérdés. Az erre a kérdésre adott válasz fogja meghatározni, hogy milyen konkrét szerepet játszik a gravitáció a világegyetem sorsában.

Gravitonok a spekulatív elméletekbenSzerkesztés

A húrelmélet a gravitonok és jól meghatározott kölcsönhatásaik létezését jósolja. A graviton a perturbatív húrelméletben egy zárt húr egy nagyon sajátos alacsony energiájú rezgési állapotban. A gravitonok szórása a húrelméletben az AdS/CFT megfeleltetés által diktált konformális mezőelmélet korrelációs függvényeiből vagy a mátrixelméletből is kiszámítható.

A húrelméletben a gravitonok jellemzője, hogy végpontok nélküli zárt húrként nem lennének ágakhoz kötve, és szabadon mozoghatnának közöttük. Ha egy darun élünk (ahogy azt a daruelméletek feltételezik), akkor a gravitonoknak ez a “szivárgása” a daruból a magasabb dimenziós térbe megmagyarázhatná, hogy a gravitáció miért olyan gyenge erő, és a gravitonok más, a miénkkel szomszédos darukról a sötét anyag lehetséges magyarázatát adhatnák. Ha azonban a gravitonok teljesen szabadon mozognának az ágak között, az túlságosan felhígítaná a gravitációt, ami Newton fordított négyzetes törvényének megsértését okozná. Ennek leküzdésére Lisa Randall azt találta, hogy egy három ágú ág (mint például a miénk) saját gravitációs vonzással rendelkezne, amely megakadályozná a gravitonok szabad sodródását, ami valószínűleg az általunk megfigyelt hígult gravitációt eredményezné, miközben nagyjából fenntartaná Newton fordított négyzetes törvényét. Lásd a brane kozmológia.

Ahmed Farag Ali és Saurya Das elmélete kvantummechanikai korrekciókat ad (Bohm-pályák segítségével) az általános relativisztikus geodéziához. Ha a gravitonok kis, de nem nulla tömeget kapnak, akkor ez megmagyarázhatja a kozmológiai állandót anélkül, hogy sötét energiára lenne szükség, és megoldaná a kicsiség problémáját. Az elmélet a Gravitációkutató Alapítvány 2014-es esszépályázatán a kozmológiai állandó kicsiségének magyarázatáért tiszteletbeli elismerésben részesült. Az elmélet a Gravitációkutatási Alapítvány 2015-ös esszépályázatán is tiszteletbeli elismerésben részesült, mert a javasolt kvantumkorrekcióknak köszönhetően természetes módon magyarázza a világegyetem megfigyelt nagyléptékű homogenitását és izotrópiáját.