Strona głównaPytania → Czym jest pętlowa grawitacja, czym...

Czym jest pętlowa grawitacja, czym różni się od teorii strun?

Pytanie

Pyta Kamil

Czym jest pętlowa grawitacja, czym różni się od teorii strun?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Dokładniejsze określenie wspomnianej w pytaniu teorii to „kwantowa pętlowa grawitacja”. Określenie „kwantowa” oznacza, że teoria ta jest kwantową wersją pewnej teorii klasycznej — w tym wypadku taką teorią klasyczną jest Ogólna Teoria Względności. Ogólna Teoria Względności utożsamia grawitację z geometrią czasoprzestrzeni. Ściślej rzecz biorąc, przez geometrię rozumiany jest po pierwsze sposób pomiaru różnych obiektów geometrycznych (np. figur) — który jest określony przez tzw. metrykę — a po drugie definicja równoległości wektorów — określona przez tzw. koneksję. W (klasycznej) Ogólnej Teorii Względności o metryce i koneksji (w największym przybliżeniu) można myśleć jak o pewnych funkcjach określonych w każdym punkcie czasoprzestrzeni, i mogących w każdym punkcie przyjmować dowolne wartości. Natomiast w (kwantowej) pętlowej grawitacji metryka i koneksja nie są zwykłymi „funkcjami”, lecz — jak się postuluje — spełniają one pewne reguły mechaniki kwantowej, np. nie mogą one przyjmować dowolnych wartości (mogą się zmieniać skokowo), i nie można równocześnie wyznaczyć metryki i koneksji z dowolną dokładnością (analogicznie jak w zasadzie nieoznaczoności Heisenberga). Krótkie wprowadzenie do pętlowej grawitacji znaleźć można tutaj. Teoria ta ma pewne zasadnicze problemy — np. trudno w niej, poza samą geometrią, uwzględnić materię (z jakiej jesteśmy zbudowani i jaka nas otacza), a także nie bardzo wiadomo jak z wersji kwantowej, w odpowiedniej granicy, uzyskać klasyczne równania Einsteina.

Z kolei o teorii strun pisaliśmy więcej tutaj. Jej założenia są zupełnie inne — postuluje ona, że istnieje jeden podstawowy obiekt/budulec, którym jest jednowymiarowa struna, i której różne drgania przejawiają się jako różne rodzaje cząstek elementarnych. Jej zaletą jest to, że w naturalny sposób wynikają z niej (klasyczne) równania Ogólnej Teorii Względności, oraz istnieją w niej takie drgania elementarnych strun, które odpowiadają grawitonowi, czyli hipotetycznej cząstce odpowiedzialnej za kwantową naturę grawitacji. Do problemów natomiast należy m.in. to, że dotychczas nie udało się wyprowadzić z teorii strun takiego składu materii jak opisuje Model Standardowy, a także trudno wywnioskować, co tak naprawdę na najmniejszych odległościach się dzieje (gdzie efekty kwantowej grawitacji mają znaczenie).

To co łączy teorię strun i pętlową grawitację to to, że ich efekty przejawiałyby się na tak małych odległościach — lub przy tak wielkich energiach —  że jak na razie nie jesteśmy przeprowadzić doświadczeń, które pozwalałyby na zmierzenie takich efektów…

Krótkie porównanie obydwu tych teorii znaleźć można także tutaj.