양자 중력: 두 판 사이의 차이

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'''양자중력'''({{llang|en|Quantum gravity}}, '''QG''')은 [[중력]]을 [[양자역학]]적으로 묘사하려고 하는 [[이론물리학]] 분야이며, 양자 효과가 무시될 수 없는<ref name="scholarpedia2">{{저널 인용|title=Quantum gravity|journal=[[Scholarpedia]]|last1=Rovelli|first1=Carlo|authorlink=Carlo Rovelli|url=http://www.scholarpedia.org/article/Quantum_gravity|year=2008|volume=3|issue=5|page=7117|bibcode=2008SchpJ...3.7117R|doi=10.4249/scholarpedia.7117}}</ref> [[플랑크 길이]]의 공간이나 블랙홀과 같은 중력이 매우 큰 천체에 적용된다.
'''양자 중력'''('''Quantum gravity QG''')은 [[양자역학]]의 원리에 따라 중력을 설명하고자 하는 [[이론물리학]]의 한 분야이다. 양자 중력은 중력이나 양자 효과를 무시할 수 없는 환경,<ref name="scholarpedia">{{cite journal | last1 = Rovelli | first1 = Carlo | author-link = Carlo Rovelli | year = 2008| title = Quantum gravity | journal = [[Scholarpedia]] | volume = 3 | issue = 5| page = 7117 | doi = 10.4249/scholarpedia.7117 | bibcode = 2008SchpJ...3.7117R | doi-access = free }}</ref> 즉 [[블랙홀]]이나 [[중성자별]]<ref name="NYT-20221010">{{cite news |last=Overbye |first=Dennis |author-link=Dennis Overbye |title=Black Holes May Hide a Mind-Bending Secret About Our Universe - Take gravity, add quantum mechanics, stir. What do you get? Just maybe, a holographic cosmos. |url=https://www.nytimes.com/2022/10/10/science/black-holes-cosmology-hologram.html |date=10 October 2022 |work=[[The New York Times]] |accessdate=16 October 2022 |archive-date=16 November 2022 |archive-url=https://web.archive.org/web/20221116151210/https://www.nytimes.com/2022/10/10/science/black-holes-cosmology-hologram.html |url-status=live }}</ref><ref name="SA-20221116">{{cite news |last=Starr |first=Michelle |title=Scientists Created a Black Hole in The Lab, And Then It Started to Glow |url=https://www.sciencealert.com/scientists-created-a-black-hole-in-the-lab-and-then-it-started-to-glow |date=16 November 2022 |work=[[ScienceAlert]] |accessdate=16 November 2022 |archive-date=15 November 2022 |archive-url=https://web.archive.org/web/20221115234327/https://www.sciencealert.com/scientists-created-a-black-hole-in-the-lab-and-then-it-started-to-glow |url-status=live }}</ref> 및 [[대폭발|대폭발(빅뱅)]] 직후 우주의 초기 단계와 같이 중력이나 양자 효과를 모두 무시할 수 없는 환경을 다룬다.<ref>{{Cite book |last=Kiefer |first=Claus |title=Quantum gravity |date=2012 |publisher=Oxford University Press |isbn=978-0-19-958520-5 |edition=3rd |series=International series of monographs on physics |location=Oxford |pages=1–4 |language=en}}</ref>

[[양자역학]]과 [[양자장 이론]]의 틀 안에서 자연의 네 가지 [[기본 상호작용]] 중 세 가지, 즉 [[전자기력]], [[강력]] 및 [[약력]]이 설명되고 있으며, 중력만이 유일하게 완전히 수용되지 않은 상호작용으로 남아있다. 현재 중력에 대한 이해는 [[알베르트 아인슈타인]]의 [[일반 상대성이론]]에 기반을 두고 있으며, 특수 상대성이론을 통합하고 시간과 공간과 같은 개념에 대한 이해를 크게 수정했다. 일반 상대성이론은 우아함과 정확성으로 높은 평가를 받고 있지만, [[블랙홀]] 내부의 [[중력 특이점]], [[암흑 물질]]에 대한 임시 가정, [[암흑 에너지]]와 [[우주 상수]]와의 관계는 현재 중력에 관한 미해결 미스터리 중 하나이며,<ref>{{Cite journal |last=Mannheim |first=Philip |date=2006 |title=Alternatives to dark matter and dark energy |journal=Progress in Particle and Nuclear Physics |language=en |volume=56 |issue=2 |pages=340–445 |doi=10.1016/j.ppnp.2005.08.001|arxiv=astro-ph/0505266 |bibcode=2006PrPNP..56..340M |s2cid=14024934 }}</ref> 이 모든 것은 다양한 규모에서 일반 상대성이론의 붕괴를 예고하고 양자 영역으로 들어가는 중력 이론의 필요성을 강조하고 있다. 블랙홀의 중심 근처와 같이 [[플랑크 단위계|플랑크 길이]]에 가까운 거리에서는 시공간의 [[양자 요동]]이 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.<ref>{{cite web
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}}</ref> 은하계 및 우주론적 규모에서 일반 상대성이론의 붕괴는 또한 더 강력한 이론의 필요성을 지적한다. 마지막으로 [[w:vacuum energy|진공 에너지(Vacuum energy)]]에 대한 예측 값과 관측 값 사이의 불일치(고려 사항에 따라 60배 또는 120배의 차이가 날 수 있음)<ref>{{Cite arXiv |last1=Koksma |first1=Jurjen |last2=Prokopec |first2=Tomislav |date=2011 |title=The Cosmological Constant and Lorentz Invariance of the Vacuum State |class=gr-qc |eprint=1105.6296 }}</ref>는 양자 중력 이론의 필요성을 강조한다.

양자 중력 분야는 활발히 발전하고 있으며, 이론가들은 양자 중력 문제에 대한 다양한 접근법을 모색하고 있으며, 가장 인기 있는 것은 [[M이론]]과 [[루프 양자중력]]이다.<ref>{{cite book |last=Penrose |first=Roger |title=The road to reality : a complete guide to the laws of the universe |url=https://archive.org/details/roadtoreality00penr_319 |url-access=limited |date=2007 |publisher=Vintage |oclc=716437154 |page=[https://archive.org/details/roadtoreality00penr_319/page/n1045 1017]|isbn=9780679776314 }}</ref> 이러한 모든 접근법은 [[중력장]]의 양자 거동을 설명하는 것을 목표로 하며, 단일 수학적 프레임워크속으로 [[모든 것의 이론|모든 기본 상호작용을 통합]]하는 것을 반드시 포함하지는 않는다. 그러나 [[끈 이론]]과 같은 양자 중력에 대한 많은 접근 방식은 모든 근본적인 힘을 설명하는 프레임워크를 개발하려고 시도합니다. 이러한 이론은 종종 [[모든 것의 이론]]이라고 불린다. 루프 양자중력과 같은 일부 접근 방식은 이러한 시도를 하지 않고 대신 중력장을 다른 힘과 분리된 상태로 양자화하려는 노력을 기울인다. 잘 알려지지 않았지만 그다지 중요하지 않은 다른 이론으로는 [[w:Causal dynamical triangulation|인과 역학적 삼각화(causal dynamical triangulation)]], [[비가환 기하학]] 및 [[트위스터 이론]] 등이 있다.<ref>{{Cite arXiv |last=Rovelli |first=Carlo |date=2001 |title=Notes for a brief history of quantum gravity |eprint=gr-qc/0006061 }}</ref>

양자 중력 이론을 공식화할 때 어려운 점 중 하나는 양자 중력 효과의 직접 관찰이 현재 고에너지 [[입자 가속기]]보다 훨씬 작은 규모인 약 10-35미터의 [[플랑크 단위계|플랑크 규모]]에 가까운 길이 축척에서만 나타나는 것으로 생각되기 때문에 훨씬 더 높은 에너지로만 접근이 가능하다는 것입니다. 따라서 물리학자들은 제안된 경쟁 이론을 구분할 수 있는 실험 데이터가 부족하다.<ref group="n.b.">Quantum effects in the early universe might have an observable effect on the structure of the present universe, for example, or gravity might play a role in the unification of the other forces. Cf. the text by Wald cited above.</ref><ref group="n.b.">On the quantization of the geometry of spacetime, see also in the article [[Planck length]], in the examples</ref>

양자 중력 이론의 테스트 도구로 [[사고 실험]] 접근법이 제안되었다.<ref>{{cite journal
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21세기 초, 양자 중력을 테스트하는 간접적인 접근 방식이 향후 수십 년 동안 실현 가능할 수 있음을 시사하는 새로운 실험 설계와 기술이 등장했다.<ref name="nautilus">{{cite web |last1=Hossenfelder |first1=Sabine |title=What Quantum Gravity Needs Is More Experiments |url=http://nautil.us/issue/45/power/what-quantum-gravity-needs-is-more-experiments |website=Nautilus |accessdate=21 September 2020 |date=2 February 2017 |archive-date=28 January 2018 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180128021051/http://nautil.us/issue/45/power/what-quantum-gravity-needs-is-more-experiments |url-status=dead }}</ref><ref name="springer1">{{cite book |title=Experimental search for quantum gravity |date=2017 |publisher=Springer |location=Cham |isbn=9783319645360}}</ref><ref name="tabletop">{{cite journal |last1=Carney |first1=Daniel |last2=Stamp |first2=Philip C. E. |last3=Taylor |first3=Jacob M. |title=Tabletop experiments for quantum gravity: a user's manual |journal=Classical and Quantum Gravity |pages=034001 |doi=10.1088/1361-6382/aaf9ca |date=7 February 2019 |volume=36 |issue=3 |arxiv=1807.11494 |bibcode=2019CQGra..36c4001C |s2cid=119073215 }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Danielson |first1=Daine L. |last2=Satishchandran |first2=Gautam |last3=Wald |first3=Robert M. |date=2022-04-05 |title=Gravitationally mediated entanglement: Newtonian field versus gravitons |url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.105.086001 |journal=Physical Review D |volume=105 |issue=8 |pages=086001 |arxiv=2112.10798 |doi=10.1103/PhysRevD.105.086001 |bibcode=2022PhRvD.105h6001D |s2cid=245353748 |access-date=2022-12-11 |archive-date=2023-01-22 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230122174555/https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.105.086001 |url-status=live }}</ref> 이 연구 분야를 [[w:Phenomenological quantum gravity|현상학적 양자 중력(phenomenological quantum gravity)]]이라고 부른다.

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<!--'''양자중력'''({{llang|en|Quantum gravity}}, '''QG''')은 [[중력]]을 [[양자역학]]적으로 묘사하려고 하는 [[이론물리학]] 분야이며, 양자 효과가 무시될 수 없는<ref name="scholarpedia2">{{저널 인용|title=Quantum gravity|journal=[[Scholarpedia]]|last1=Rovelli|first1=Carlo|authorlink=Carlo Rovelli|url=http://www.scholarpedia.org/article/Quantum_gravity|year=2008|volume=3|issue=5|page=7117|bibcode=2008SchpJ...3.7117R|doi=10.4249/scholarpedia.7117}}</ref> [[플랑크 길이]]의 공간이나 블랙홀과 같은 중력이 매우 큰 천체에 적용된다.


[[중력]]에 대한 현재의 이해는 [[고전물리학]]의 틀 안에서 공식화된 [[알베르트 아인슈타인|아인슈타인]]의 [[일반 상대성이론]]에 근거하고 있지만 중력을 제외한 나머지 3개의 힘인 강력, 약력, 전자기력은 [[양자역학]]과 [[양자장이론]]을 통하여 기술되고 있다. 중력만이 양자역학적으로 설명되지 못하고 있는 것이다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/generalrelativit0000wald|title=General Relativity|last=Wald|first=Robert M.|date=1984|publisher=University of Chicago Press|page=[https://archive.org/details/generalrelativit0000wald/page/382 382]|oclc=471881415|url-access=registration}}</ref><ref name="FLoG2">{{서적 인용|title=Feynman Lectures on Gravitation|last=Feynman|first=Richard P.|author-link=Richard Feynman|last2=Morinigo|first2=Fernando B.|year=1995|publisher=Addison-Wesley|location=Reading, Mass.|isbn=978-0201627343|oclc=32509962|last3=Wagner|first3=William G.}}</ref>{{rp|11&ndash;12}}
[[중력]]에 대한 현재의 이해는 [[고전물리학]]의 틀 안에서 공식화된 [[알베르트 아인슈타인|아인슈타인]]의 [[일반 상대성이론]]에 근거하고 있지만 중력을 제외한 나머지 3개의 힘인 강력, 약력, 전자기력은 [[양자역학]]과 [[양자장이론]]을 통하여 기술되고 있다. 중력만이 양자역학적으로 설명되지 못하고 있는 것이다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/generalrelativit0000wald|title=General Relativity|last=Wald|first=Robert M.|date=1984|publisher=University of Chicago Press|page=[https://archive.org/details/generalrelativit0000wald/page/382 382]|oclc=471881415|url-access=registration}}</ref><ref name="FLoG2">{{서적 인용|title=Feynman Lectures on Gravitation|last=Feynman|first=Richard P.|author-link=Richard Feynman|last2=Morinigo|first2=Fernando B.|year=1995|publisher=Addison-Wesley|location=Reading, Mass.|isbn=978-0201627343|oclc=32509962|last3=Wagner|first3=William G.}}</ref>{{rp|11&ndash;12}}
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양자중력이론을 공식화하는데에 있어 어려운 점들 중 하나는 양자중력 효과가 오직 10<sup>−35</sup> m 정도의 플랑크 길이에서만 나타난다는 것이다. 이 플랑크 길이는 현재 고에너지 입자가속기를 통해 접근할 수 있는 범위보다 훨씬 작고, 에너지에 있어서는 훨씬 크다. 따라서 물리학자들은 제시된 여러 이론들을 비교하고 검증할 수 있는 실험적인 데이터가 부족하며, 따라서 사고 실험을 통한 접근만이 이러한 이론들을 시험할 수 있는 방법으로 제시되고 있다.<ref>{{저널 인용|title=Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity|journal=[[Physical Review Letters]]|last=Bose|first=S.|date=2017|volume=119|issue=4|pages=240401|arxiv=1707.06050|doi=10.1103/PhysRevLett.119.240401|pmid=29286711|display-authors=etal}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity|journal=[[Physical Review Letters]]|last=Marletto|first=C.|last2=Vedral|first2=V.|date=2017|volume=119|issue=24|pages=240402|arxiv=1707.06036|doi=10.1103/PhysRevLett.119.240402|pmid=29286752}}</ref><ref name="Spin Spacetime Censorship2">{{ArXiv 인용|eprint=1812.11450v2|class=gr-qc|first1=J.|last1=Nemirovsky|first2=E.|last2=Cohen|title=Spin Spacetime Censorship|date=30 Dec 2018|last3=Kaminer|first3=I.|ref=harv}}</ref>
양자중력이론을 공식화하는데에 있어 어려운 점들 중 하나는 양자중력 효과가 오직 10<sup>−35</sup> m 정도의 플랑크 길이에서만 나타난다는 것이다. 이 플랑크 길이는 현재 고에너지 입자가속기를 통해 접근할 수 있는 범위보다 훨씬 작고, 에너지에 있어서는 훨씬 크다. 따라서 물리학자들은 제시된 여러 이론들을 비교하고 검증할 수 있는 실험적인 데이터가 부족하며, 따라서 사고 실험을 통한 접근만이 이러한 이론들을 시험할 수 있는 방법으로 제시되고 있다.<ref>{{저널 인용|title=Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity|journal=[[Physical Review Letters]]|last=Bose|first=S.|date=2017|volume=119|issue=4|pages=240401|arxiv=1707.06050|doi=10.1103/PhysRevLett.119.240401|pmid=29286711|display-authors=etal}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity|journal=[[Physical Review Letters]]|last=Marletto|first=C.|last2=Vedral|first2=V.|date=2017|volume=119|issue=24|pages=240402|arxiv=1707.06036|doi=10.1103/PhysRevLett.119.240402|pmid=29286752}}</ref><ref name="Spin Spacetime Censorship2">{{ArXiv 인용|eprint=1812.11450v2|class=gr-qc|first1=J.|last1=Nemirovsky|first2=E.|last2=Cohen|title=Spin Spacetime Censorship|date=30 Dec 2018|last3=Kaminer|first3=I.|ref=harv}}</ref>
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== 양자 중력 이론들 ==
== 양자 중력 이론들 ==

2024년 2월 7일 (수) 11:31 판

cGh 큐브의 묘사

양자 중력(Quantum gravity QG)은 양자역학의 원리에 따라 중력을 설명하고자 하는 이론물리학의 한 분야이다. 양자 중력은 중력이나 양자 효과를 무시할 수 없는 환경,[1] 즉 블랙홀이나 중성자별[2][3] 및 대폭발(빅뱅) 직후 우주의 초기 단계와 같이 중력이나 양자 효과를 모두 무시할 수 없는 환경을 다룬다.[4]

양자역학과 양자장 이론의 틀 안에서 자연의 네 가지 기본 상호작용 중 세 가지, 즉 전자기력, 강력 및 약력이 설명되고 있으며, 중력만이 유일하게 완전히 수용되지 않은 상호작용으로 남아있다. 현재 중력에 대한 이해는 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성이론에 기반을 두고 있으며, 특수 상대성이론을 통합하고 시간과 공간과 같은 개념에 대한 이해를 크게 수정했다. 일반 상대성이론은 우아함과 정확성으로 높은 평가를 받고 있지만, 블랙홀 내부의 중력 특이점, 암흑 물질에 대한 임시 가정, 암흑 에너지와 우주 상수와의 관계는 현재 중력에 관한 미해결 미스터리 중 하나이며,[5] 이 모든 것은 다양한 규모에서 일반 상대성이론의 붕괴를 예고하고 양자 영역으로 들어가는 중력 이론의 필요성을 강조하고 있다. 블랙홀의 중심 근처와 같이 플랑크 길이에 가까운 거리에서는 시공간의 양자 요동이 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.[6] 은하계 및 우주론적 규모에서 일반 상대성이론의 붕괴는 또한 더 강력한 이론의 필요성을 지적한다. 마지막으로 진공 에너지(Vacuum energy)에 대한 예측 값과 관측 값 사이의 불일치(고려 사항에 따라 60배 또는 120배의 차이가 날 수 있음)[7]는 양자 중력 이론의 필요성을 강조한다.

양자 중력 분야는 활발히 발전하고 있으며, 이론가들은 양자 중력 문제에 대한 다양한 접근법을 모색하고 있으며, 가장 인기 있는 것은 M이론과 루프 양자중력이다.[8] 이러한 모든 접근법은 중력장의 양자 거동을 설명하는 것을 목표로 하며, 단일 수학적 프레임워크속으로 모든 기본 상호작용을 통합하는 것을 반드시 포함하지는 않는다. 그러나 끈 이론과 같은 양자 중력에 대한 많은 접근 방식은 모든 근본적인 힘을 설명하는 프레임워크를 개발하려고 시도합니다. 이러한 이론은 종종 모든 것의 이론이라고 불린다. 루프 양자중력과 같은 일부 접근 방식은 이러한 시도를 하지 않고 대신 중력장을 다른 힘과 분리된 상태로 양자화하려는 노력을 기울인다. 잘 알려지지 않았지만 그다지 중요하지 않은 다른 이론으로는 인과 역학적 삼각화(causal dynamical triangulation), 비가환 기하학 및 트위스터 이론 등이 있다.[9]

양자 중력 이론을 공식화할 때 어려운 점 중 하나는 양자 중력 효과의 직접 관찰이 현재 고에너지 입자 가속기보다 훨씬 작은 규모인 약 10-35미터의 플랑크 규모에 가까운 길이 축척에서만 나타나는 것으로 생각되기 때문에 훨씬 더 높은 에너지로만 접근이 가능하다는 것입니다. 따라서 물리학자들은 제안된 경쟁 이론을 구분할 수 있는 실험 데이터가 부족하다.[n.b. 1][n.b. 2]

양자 중력 이론의 테스트 도구로 사고 실험 접근법이 제안되었다.[10][11] 양자 중력 분야에는 몇 가지 미해결 질문이 있는데, 예를 들어 기본 입자의 스핀이 어떻게 중력을 발생시키는지 알려지지 않았으며 사고 실험은 실험실 실험이나 물리적 관찰이 없는 경우에도[12] 이러한 질문에 대한 가능한 해결책을 탐색 할 수있는 경로를 제공할 수 있다.

21세기 초, 양자 중력을 테스트하는 간접적인 접근 방식이 향후 수십 년 동안 실현 가능할 수 있음을 시사하는 새로운 실험 설계와 기술이 등장했다.[13][14][15][16] 이 연구 분야를 현상학적 양자 중력(phenomenological quantum gravity)이라고 부른다.


양자 중력 이론들

비교적 잘 알려진 양자중력이론의 후보들에는 다음 이론들이 있다:

개요

물리학의 미해결 문제
How can the theory of quantum mechanics be merged with the theory of general relativity / gravitational force and remain correct at microscopic length scales? What verifiable predictions does any theory of quantum gravity make?
(더 많은 물리학의 미해결 문제 보기)
물리 이론의 위계에서 양자중력의 위치를 보여주는 다이어그램

모든 에너지 범위에서 이러한 이론들을 하나로 합치는 것의 어려움은 이러한 이론들이 '우주가 어떻게 작동하는지'에 대하여 하는 다양한 가정들에서 비롯된다. 일반 상대성이론은 중력을 시공간의 곡률로 설명하며, 이는 John Archibald Wheeler의 슬로건에 잘 드러난다: "시공간은 물질에게 어떻게 움직일지 알려주고, 물질은 시공간에게 어떻게 휘어야 되는지를 알려준다."[17] 반면, 양자장이론은 통상적으로 특수 상대성이론에서의 평평한 시공간을 기반으로 한다. 아직 어느 이론도 양자역학으로 모델링된 물질의 운동이 시공간의 곡률에 영향을 끼치는 일반적인 상황을 기술하는데 성공하지 못했다. 만약 중력을 하나의 양자장으로 간주한다면, 이로 인해 탄생하는 이론은 재규격화가 불가능하다. 시공간의 곡률이 선험적으로 고정되어 있는 단순한 상황이라 할지라도, 양자장이론을 개발하는 것은 수학적으로 더욱 어려워졌으며, 물리학자들이 평평한 시공간을 기반으로 한 양자장이론에 사용하는 수많은 아이디어는 더 이상 적용가능하지 않다.[18]

양자중력이론이 블랙홀이나 빅뱅으로 우주가 탄생할 당시와 같은 고에너지와 낮은 차원인 상황에서의 여러 문제들을 해결해 줄 것이라고 사람들은 기대하고 있는 바이다.

양자역학과 일반 상대성이론

중력자

현재 이론물리학에서 가장 심오한 문제들 중 하나는 중력을 기술하고 이를 거시적인 구조(별, 행성, 은하)에 적용하는 '일반 상대성이론'을 중력을 제외한 3가지 기본 힘을 원자 규모에서 기술하는 '양자역학'과 조화롭게 합치는 것이다. 이 문제는 올바른 맥락에서 논의가 이루어져야 한다. 특히, 양자역학과 일반 상대성이론이 근본적으로 양립할 수 없다는 일반적인 주장과는 달리, 일반 상대성이론의 구조가 본질적으로 질량이 없고 스핀이 2인 입자(중력자)가 상호작용하는 양자역학에서 필연적으로 뒤따른다는 것을 입증할 수 있다.[19][20][21][22][23]

중력자의 존재에 대한 구체적인 증거는 없지만, 양자화된 물질이론은 중력자의 존재를 필요로 할 수 있다.[24] 중력을 제외한 3가지의 기본 힘이 모두 힘을 전달하기 위한 전령입자를 하나 혹은 그 이상을 가지고 있다는 사실이 물리학자들에게 중력의 전령입자 또한 존재해야 한다는 생각을 가지는데 영향을 미쳤다. 1970년대부터 인정되어온 많은 물리학의 통일 이론들은 중력자의 존재를 가정하고 있다. 여기에는 끈이론, 초끈이론, M이론(M-Theory)을 포함한다. 중력자의 실험적인 검출은 양자역학과 상대성이론을 통합하기 위한 이러한 수많은 연구들을 입증해 줄 것이다.

와인버그 – 위튼 정리 (Weinberg–Witten theorem) 중력자가 복합적인 이론에 제약을 둔다.[25][26]

늘입자

늘입자(dilaton)는 중력과 전자기력을 결합한 5차원의 이론인 칼루자-클레인 이론(Kaluza-Klein theory, KK theory)에서 처음 등장했다. 이는 끈이론에서 또한 등장한다. 그러나, 이는 저차원의 다체(many-bodied) 중력 문제의 중심이 되었다[27] . 이는 공변하는 N-body system(body가 N개 있는 계)의 metric에 대한 완전한 해석학적인 해가 일반 상대성이론에서 찾기 어렵다는 사실로부터 비롯되었다. 이 문제를 단순화하기 위해서, 차원의 수는 하나의 공간 차원과 하나의 시간 차원, 즉 1+1 차원으로 축소되었다. R = T 이론으로 알려진 이 문제는,[28] 일반적인 G=T 이론과는 달리, 램버트 W 함수의 일반화 관점에서 모든 해를 받아들일 수 있었다. 또한, 슈뢰딩거 방정식이 양자화가 가능하기 때문에, 미분 기하학에서 유도된 늘임(dilation)을 관장하는 장 방정식이 존재한다.[29]

이는 중력, 양자화, 그리고 전자기 상호작용을 합친다. 이 결과는 일반 상대성이론과 양자역학 사이의 과거에는 몰랐지만 이미 존재하고 있는 자연적인 연관성을 드러내었다. 이 이론은 3+1 차원으로의 일반화에 있어 명확성이 부족하다. 그러나, 최근에 올바른 좌표 조건을 통해 이루어진 3+1차원에서의 유도는 이전의 로그 슈뢰딩거 방정식(logarithmic Schrödinger equation)[30]이 관장하는 늘임장(dilation field)인 1+1차원에서와 비슷한 공식들을 산출해 내었다. 장 방정식들은 오직 늘임자가 있어야지만 d차원에서 올바른 뉴턴 근사를 할 수 있었으며, 일부 사람들은 힉스 보손과 늘임자의 유사성을 주장하기도 하였다.[31] 마지막으로, R=T 이론이 중력, 전자기력, 그리고 양자역학적인 효과를 통합할 수 있기 때문에, 이들의 결합은 우주론과 실험을 통해 이론을 시험해보는 수단으로 이어질 수 있는 가능성이 존재한다.

같이 보기

각주

  1. ↑ Quantum effects in the early universe might have an observable effect on the structure of the present universe, for example, or gravity might play a role in the unification of the other forces. Cf. the text by Wald cited above.
  2. ↑ On the quantization of the geometry of spacetime, see also in the article Planck length, in the examples
  1. ↑ Rovelli, Carlo (2008). “Quantum gravity”. 《Scholarpedia》 3 (5): 7117. Bibcode:2008SchpJ...3.7117R. doi:10.4249/scholarpedia.7117. 
  2. ↑ Overbye, Dennis (2022년 10월 10일). “Black Holes May Hide a Mind-Bending Secret About Our Universe - Take gravity, add quantum mechanics, stir. What do you get? Just maybe, a holographic cosmos.”. 《The New York Times》. 2022년 11월 16일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2022년 10월 16일에 확인함. 
  3. ↑ Starr, Michelle (2022년 11월 16일). “Scientists Created a Black Hole in The Lab, And Then It Started to Glow”. 《ScienceAlert》. 2022년 11월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2022년 11월 16일에 확인함. 
  4. ↑ Kiefer, Claus (2012). 《Quantum gravity》. International series of monographs on physics (영어) 3판. Oxford: Oxford University Press. 1–4쪽. ISBN 978-0-19-958520-5. 
  5. ↑ Mannheim, Philip (2006). “Alternatives to dark matter and dark energy”. 《Progress in Particle and Nuclear Physics》 (영어) 56 (2): 340–445. arXiv:astro-ph/0505266. Bibcode:2006PrPNP..56..340M. doi:10.1016/j.ppnp.2005.08.001. S2CID 14024934. 
  6. ↑ Nadis, Steve (2019년 12월 2일). “Black Hole Singularities Are as Inescapable as Expected”. 《quantamagazine.org》. Quanta Magazine. 2020년 4월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2020년 4월 22일에 확인함. 
  7. ↑ Koksma, Jurjen; Prokopec, Tomislav (2011). “The Cosmological Constant and Lorentz Invariance of the Vacuum State”. arXiv:1105.6296 [gr-qc]. 
  8. ↑ Penrose, Roger (2007). 《The road to reality : a complete guide to the laws of the universe》. Vintage. 1017쪽. ISBN 9780679776314. OCLC 716437154. 
  9. ↑ Rovelli, Carlo (2001). “Notes for a brief history of quantum gravity”. arXiv:gr-qc/0006061. 
  10. ↑ Bose, S.; 외. (2017). “Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity”. 《Physical Review Letters》 119 (4): 240401. arXiv:1707.06050. Bibcode:2017PhRvL.119x0401B. doi:10.1103/PhysRevLett.119.240401. PMID 29286711. S2CID 2684909. 
  11. ↑ Marletto, C.; Vedral, V. (2017). “Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity”. 《Physical Review Letters》 119 (24): 240402. arXiv:1707.06036. Bibcode:2017PhRvL.119x0402M. doi:10.1103/PhysRevLett.119.240402. PMID 29286752. S2CID 5163793. 
  12. ↑ Nemirovsky, J.; Cohen, E.; Kaminer, I. (2021년 11월 5일). “Spin Spacetime Censorship”. 《Annalen der Physik》 534 (1). arXiv:1812.11450. doi:10.1002/andp.202100348. S2CID 119342861. 
  13. ↑ Hossenfelder, Sabine (2017년 2월 2일). “What Quantum Gravity Needs Is More Experiments”. 《Nautilus》. 2018년 1월 28일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2020년 9월 21일에 확인함. 
  14. ↑ 《Experimental search for quantum gravity》. Cham: Springer. 2017. ISBN 9783319645360. 
  15. ↑ Carney, Daniel; Stamp, Philip C. E.; Taylor, Jacob M. (2019년 2월 7일). “Tabletop experiments for quantum gravity: a user's manual”. 《Classical and Quantum Gravity》 36 (3): 034001. arXiv:1807.11494. Bibcode:2019CQGra..36c4001C. doi:10.1088/1361-6382/aaf9ca. S2CID 119073215. 
  16. ↑ Danielson, Daine L.; Satishchandran, Gautam; Wald, Robert M. (2022년 4월 5일). “Gravitationally mediated entanglement: Newtonian field versus gravitons”. 《Physical Review D》 105 (8): 086001. arXiv:2112.10798. Bibcode:2022PhRvD.105h6001D. doi:10.1103/PhysRevD.105.086001. S2CID 245353748. 2023년 1월 22일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2022년 12월 11일에 확인함. 
  17. ↑ Wheeler, John Archibald (2010). 《Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics》. W. W. Norton & Company. 235쪽. ISBN 9780393079487. 
  18. ↑ Wald, Robert M. (1994). 《Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics》. University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-87027-4. 
  19. ↑ Kraichnan, R. H. (1955). “Special-Relativistic Derivation of Generally Covariant Gravitation Theory”. 《Physical Review》 98 (4): 1118–1122. Bibcode:1955PhRv...98.1118K. doi:10.1103/PhysRev.98.1118. 
  20. ↑ Gupta, S. N. (1954). “Gravitation and Electromagnetism”. 《Physical Review》 96 (6): 1683–1685. Bibcode:1954PhRv...96.1683G. doi:10.1103/PhysRev.96.1683. 
  21. ↑ Gupta, S. N. (1957). “Einstein's and Other Theories of Gravitation”. 《Reviews of Modern Physics》 29 (3): 334–336. Bibcode:1957RvMP...29..334G. doi:10.1103/RevModPhys.29.334. 
  22. ↑ Gupta, S. N. (1962). 〈Quantum Theory of Gravitation〉. 《Recent Developments in General Relativity》. Pergamon Press. 251–258쪽. 
  23. ↑ Deser, S. (1970). “Self-Interaction and Gauge Invariance”. 《General Relativity and Gravitation》 1: 9–18. arXiv:gr-qc/0411023. Bibcode:1970GReGr...1....9D. doi:10.1007/BF00759198. 
  24. ↑ Charles Ginenthal (2015년 12월 7일). 《Newton, Einstein, and Velikovsky》. ISBN 9781329742567. [깨진 링크(과거 내용 찾기)]
  25. ↑ Weinberg, Steven; Witten, Edward (1980). “Limits on massless particles”. 《Physics Letters B》 96 (1–2): 59–62. Bibcode:1980PhLB...96...59W. doi:10.1016/0370-2693(80)90212-9. 
  26. ↑ Horowitz, Gary T.; Polchinski, Joseph (2006). 〈Gauge/gravity duality〉. Oriti, Daniele. 《Approaches to Quantum Gravity》. Cambridge University Press. arXiv:gr-qc/0602037. Bibcode:2006gr.qc.....2037H. ISBN 9780511575549. OCLC 873715753. 
  27. ↑ Ohta, Tadayuki; Mann, Robert (1996). “Canonical reduction of two-dimensional gravity for particle dynamics”. 《Classical and Quantum Gravity》 13 (9): 2585–2602. arXiv:gr-qc/9605004. Bibcode:1996CQGra..13.2585O. doi:10.1088/0264-9381/13/9/022. 
  28. ↑ Sikkema, A E; Mann, R B (1991). “Gravitation and cosmology in (1+1) dimensions”. 《Classical and Quantum Gravity》 8 (1): 219–235. Bibcode:1991CQGra...8..219S. doi:10.1088/0264-9381/8/1/022. 
  29. ↑ Farrugia; Mann; Scott (2007). “N-body Gravity and the Schroedinger Equation”. 《Classical and Quantum Gravity》 24 (18): 4647–4659. arXiv:gr-qc/0611144. Bibcode:2007CQGra..24.4647F. doi:10.1088/0264-9381/24/18/006. 
  30. ↑ Scott, T.C.; Zhang, Xiangdong; Mann, Robert; Fee, G.J. (2016). “Canonical reduction for dilatonic gravity in 3 + 1 dimensions”. 《Physical Review D》 93 (8): 084017. arXiv:1605.03431. Bibcode:2016PhRvD..93h4017S. doi:10.1103/PhysRevD.93.084017. 
  31. ↑ Bellazzini, B.; Csaki, C.; Hubisz, J.; Serra, J.; Terning, J. (2013). “A higgs-like dilaton”. 《Eur. Phys. J. C》 73: 2333. arXiv:1209.3299. Bibcode:2013EPJC...73.2333B. doi:10.1140/epjc/s10052-013-2333-x. 

참고 문헌

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