Làm sao dung hòa hấp dẫn với cơ học lượng tử?
Thuyết tương đối rộng mô tả hình học không-thời gian trơn; cơ học lượng tử mô tả các trường xác suất trên nền cố định. Hai thuyết xung đột ở thang Planck — trong lỗ đen và tại Big Bang — và chưa thí nghiệm nào kiểm tra một lý thuyết hấp dẫn lượng tử nào.
Vì sao khó
Năng lượng Planck cao hơn tầm máy gia tốc ~10^16 lần. Các ứng viên (lý thuyết dây, hấp dẫn lượng tử vòng, an toàn tiệm cận, tập nhân quả) khác nhau về bản chất cơ bản của không-thời gian, và các dấu hiệu vũ trụ học — sóng hấp dẫn nguyên thủy, bốc hơi lỗ đen — cực kỳ mờ.
Bằng chứng hiện tại
Tồn tại ràng buộc gián tiếp: nhiệt động học lỗ đen (entropy Bekenstein–Hawking), phổ nguyên tố nhẹ quan sát khớp với Big Bang nóng + lạm phát, và không thấy vi phạm Lorentz trong thời điểm đến của photon chớp gamma. Chưa có dấu hiệu hấp dẫn lượng tử trực tiếp nào.
Hướng tiếp cận khả dĩ
Tìm kiếm phân cực B-mode nguyên thủy, thí nghiệm vướng víu để kiểm tra bản chất lượng tử của hấp dẫn, quang phổ ringdown lỗ đen, kiểm tra bất biến Lorentz với photon và neutrino năng lượng cao, và phát triển toán học các lý thuyết ứng viên tới dự đoán kiểm chứng được.
Chủ đề liên quan
Nguồn
- Loop Quantum Cosmology: A Status Report — Living Reviews in Relativity
- Dark Charge Could Make Exploding Black Holes More Common — APS Physics
- Quantum Theory of Gravity. I. The Canonical Theory — American Physical Society
- Gravitational-Wave Science — LIGO Scientific Collaboration