kvantegravitasjon

I generell relativitetsteori representeres gravitasjon ved et krumt, kontinuerlig tidrom. Materie og stråling krummer tidrommet, og tidrommets krumning bestemmer materiens bevegelser. På det mikroskopiske nivå har materie og stråling en kvantenatur. En konsistent beskrivelse av vekselvirkningen mellom denne kvantiserte energien og tidrommet, krever en teori der også tidrommet er kvantisert. Siden tidrommets krumning representerer gravitasjon, kalles en slik teori for kvantegravitasjonsteori.

Kun ved ekstremt høy energi i elementærpartikkelsammenheng, og ved meget små avstander, henholdsvis planckenergien, 10¹⁹ GeV, og plancklengden, 10^–35 m, forventes kvanteeffekter å ha noen vesentlig betydning for gravitasjonsfenomener. I universets aller første øyeblikk, ved plancktiden, 10^–43 s, mener man at det har eksistert forhold der gravitasjonelle kvantefenomener var viktige. Tidrommet var da ikke kontinuerlig, slik som nå, men hadde en skumlignende struktur, med betydelige endringer og fluktuasjoner på kort tid. Disse forestillingene har gitt opphav til et nytt forskningsområde, kvantekosmologi, der man forsøker å gi en kvantebeskrivelse av sannsynlige begynnelsestilstander for universet.

Et skritt på veien mot å konstruere en kvantisert teori for gravitasjon, det vil si for tidrommet, er å formulere en kvantefeltteori i krumme, ikke-kvantiserte tidrom. Allment aksepterte teorier for for eksempel kvantiserte elektromagnetiske felter i krumme tidrom, er formulert. Et av de viktigste resultater av denne typen teori kom Stephen Hawking frem til i 1973: svarte hull sender ut stråling. Jo mindre masse et svart hull har, desto høyere er temperaturen til strålingen. For et sort hull med én solmasse er den bare en brøkdel av en kelvin.

Et annet interessant resultat av å kombinere kvanteteori og generell relativitetsteori har sammenheng med egenskapene til vakuum. Ifølge kvantefeltteorien eksisterer ikke noe område helt fritt for energi. Vakuumfluktuasjoner gir opphav til vakuumenergi. Det er en konsekvens av den generelle relativitetsteorien at all vakuumenergi virker på seg selv med frastøtende gravitasjon. Vakuumenergi har en tendens til å ekspandere.

I 1998 ble det oppdaget at universets ekspansjon har økt farten de siste 6—8 milliarder årene. Den foretrukne forklaringen på dette er at den kosmiske hastighetsøkningen skyldes den frastøtende gravitasjonen til vakuumenergien eller en annen form for såkalt mørk energi.

Vakuumenergien kan også ha hatt avgjørende betydning i en kortvarig periode ved universets begynnelse kalt inflasjonsæraen. Frastøtende vakuumgravitasjon i denne perioden kan være forklaringen på hvorfor universet utvider seg.

De mest ambisiøse forsøkene på å formulere en kvantegravitasjonsteori, går under betegnelsen superstrengteori. Ifølge denne typen teori er elementærpartiklene ikke punktpartikler, men strenger.

• superstrengteori
• TOE – teori for alt