Kwantumgravitatietheorieën

Kwantumgravitatietheorieën zijn theoretische raamwerken die proberen de principes van de algemene relativiteitstheorie, die zwaartekracht beschrijft, te verenigen met die van de kwantummechanica, die de andere fundamentele natuurkrachten beschrijft. Het doel is om een enkele theorie te creëren die alle natuurkrachten kan verklaren en toepasbaar is op alle schalen, van het subatomische tot het kosmische.

Een van de grootste uitdagingen bij het ontwikkelen van deze theorieën is het fundamenteel verschillende karakter van de twee bestaande theorieën. Algemene relativiteit is een klassieke theorie die gladde ruimtetijd beschrijft, terwijl kwantummechanica inherent probabilistisch is en discrete eenheden (quanta) introduceert. Bij extreem hoge energiedichtheden, zoals in zwarte gaten of bij het ontstaan van het universum, worden beide theorieën relevant en is een verenigde beschrijving noodzakelijk.

De meest prominente kandidaat voor een kwantumgravitatietheorie is snaartheorie. Snaartheorie postuleert dat de fundamentele bouwstenen van het universum geen puntdeeltjes zijn, maar minuscule trillende snaren. Verschillende trillingspatronen van deze snaren komen overeen met verschillende deeltjes, waaronder het graviton, het hypothetische kwantum van de zwaartekracht. Snaartheorie vereist echter extra ruimtelijke dimensies.

Een andere belangrijke benadering is lussengravitatie. Lussengravitatie probeert de ruimtetijd zelf te kwantiseren, wat resulteert in een korrelige of discrete structuur van ruimte en tijd op de kleinste schalen, bekend als de Planck-schaal. Deze theorie is meer achtergrondonafhankelijk dan snaartheorie. Er zijn nog andere benaderingen, zoals causale dynamische triangulaties en causale verzamelingen.

Momenteel is er geen experimenteel bewijs om kwantumgravitatietheorieën direct te bevestigen, omdat de effecten van kwantumzwaartekracht naar verwachting pas merkbaar worden bij extreem hoge energieën die ver buiten het bereik van huidige experimenten liggen. Onderzoekers werken aan manieren om indirecte tests te ontwerpen en te zoeken naar voorspellingen die afwijken van bestaande theorieën.