kvantegravitationsteori

Den almene relativitetsteori identificerer tyngdekræfter med en krumning af rum og tid. Ifølge kvanteteorien vil derfor selve rum-tids-strukturen blive ubestemt ved meget små afstande, ja selve begreberne rum og tid vil ikke have mening ved afstande mindre end den såkaldte Planck-længde, . Her er ℏ Plancks konstant divideret med 2π, G gravitationskonstanten og c lyshastigheden. Planck-længden er 10^-20 gange diameteren af en proton, mens de største acceleratorer i dag kun tillader at skelne detaljer ned til ca. 1 ‰ af protondiameteren. Kvantegravitation har derfor ingen praktisk betydning ved fysiske eksperimenter.

De pågældende fænomener må imidlertid have spillet en nøglerolle ved Universets fødsel i big bang. Mærkelige fænomener som babyuniverser og ormehuller må have optrådt. Efter den almene relativitetsteori forekommer der gravitationel stråling, når store masser sættes i voldsom bevægelse. Indirekte tegn herpå er måske allerede observeret. Efter kvanteteorien må strålingen optræde i kvanter, kaldet gravitoner. De kan have energi og impuls, men ingen masse, og de må have et spin på 2 (i enheder af ℏ), mens fotoner (lyskvanter) til sammenligning har et spin på 1.

Den mest udbredte fortolkning af de teoretiske vanskeligheder er, at der ved Planck-skalaen vil vise sig endnu ukendte naturkræfter, som adlyder helt nye naturlove. Erfaringen med at finde teorien for de svage kernekræfter bekræfter denne formodning. Langt det mest ambitiøse forsøg i denne retning baserer sig på den såkaldte strengteori, der af mange anses for at have netop de egenskaber, der vil kunne løse problemet. Strengteorien vil forene alle naturkræfter i én stor, omfattende forståelse. Men trods store fremskridt er teorien så kompliceret, at der nok vil gå mange år, før den kan udtale sig om kendt fysik.

Helt andre forsøg går ud på at opstille en teori for kvantegravitation ved at lade rum og tid ved Planck-skalaen blive erstattet af en gitteragtig struktur, der tillader, at beregninger kan udføres. I almindelighed vil resultaterne afhænge totalt af detaljerne i gitterstrukturen netop som følge af den manglende renormaliserbarhed. Men det er i princippet tænkeligt, at forsøg i denne retning vil kunne bære frugt, uden at kvantegravitation bliver knyttet til de andre naturkræfter.