Home » Articole » RO » Societate » Filozofie » Filozofia științei » O teorie a gravitației cuantice sau a interacțiunilor mecanicii cuantice cu gravitația?

O teorie a gravitației cuantice sau a interacțiunilor mecanicii cuantice cu gravitația?

Fizica teoretică se confruntă astăzi cu o provocare care amintește de predecesorii lui Newton din secolul al XVII-lea: două teorii incompatibile descriu destul de bine două domenii diferite ale fenomenelor. Legile mecanicii cuantice guvernează fenomenele mici ale fizicii particulelor elementare, iar legile relativității generale (RG) codifică structura pe scară largă a universului. Prezenta provocare a gravitației cuantice este aceea de a finaliza revoluția care a avut loc în fizică în secolul trecut; sarcina este să fuzioneze cele două cadre incomensurabile ale fizicii cuantice și RG. Mulți protagoniști în acest efort speră că această provocare se va constitui într-un pas substanțial, și probabil final, spre unificarea teoretică în fizica fundamentală. Această sarcină herculeană a atras astăzi mai mulți fizicieni decât oricând, conectând toată lumea din domeniu, căutând să găsească mina de aur care duce la Sfântul Graal. Eforturile lor au dat naștere unei bogate varietăți de abordări, tehnici și teorii și includ, cel mai vizibil, teoria corzilor și gravitația cuantică în bucle (GCB). În ciuda acestor noi evoluții deosebite în fizică, filozofii au fost remarcabil de lenți în angajarea cu materialul bogat conceptual și filozofic care a fost descoperit în acest proces.

Este într-adevăr necesară o teorie a gravitației cuantice? O teorie cuantică a gravitației este orice teorie consistentă care combină gravitația cu o descriere cuantică a materiei. Este important să rețineți că acest lucru nu implică faptul că o teorie cuantică a gravitației trebuie să considere gravitația în sine ca fiind cuantificată. Este posibil să se înțeleagă că o astfel de teorie se căsătorește cu o înțelegere clasică a gravității cu o înțelegere cuantică a materiei. Constrângeri metodologice importante asupra unei teorii cuantice a gravitației, impun ca ea să aibă „limitele corespunzătoare”, adică la scări unde natura cuantică a materiei devine irelevantă, teoria ar trebui să se îmbine în GR și în regimuri în care gravitatea este slabă , ar trebui să se transforme într-o teorie cuantică.

Dar de ce fizica necesită o teorie cuantică a gravitației? Răspunsul obișnuit la această întrebare este o combinație a următoarelor trei (grupuri de) argumente. În primul rând, este adesea susținut că o astfel de teorie este impusă de o cerere de unificare. Bazându-se pe istoria sa de succes în fizică, unificarea a exercitat o mare atracție metodologică pentru mulți. James Clerk Maxwell a unificat forțele electrice și magnetice într-o teorie dinamică a electromagnetismului în anii 1870. În anii 1960, Abdus Salam, Sheldon Glashow și Steven Weinberg au formulat teoria electroslabă, unificarea electrodinamicii și forța nucleară slabă asociată cu radioactivitatea. Apoi, cromodinamica cuantică, care descrie forța nucleară puternică care leagă nucleele atomilor și constituenții lor, și teoria electroslabă au fost unificate în modelul standard al fizicii particulelor, care reprezintă cu succes trei din cele patru forțe fundamentale din fizică. Este așadar o ambiție naturală de a încerca o unificare a teoriilor cuantice ale modelului standard cu RG, cea mai bună teorie a gravitației. În timp ce istoria sa venerabilă legitimează unificarea ca deziderat metodologic – și, într-o oarecare măsură, ca un program de cercetare – nu o justifică ca o dogmă metafizică. Succesul trecut al unificării nu implică faptul că natura trebuie să fie suficient de unificată pentru a permite unei singure teorii fundamentale să subscrie toată fizica. Astfel, rămâne perfect de imaginat că natura este dezonorată în sensul că gravitația nu este subsumabilă sub umbrela cuantică a fizicii particulelor.

Al doilea răspuns se referă la teoremele de singularitate dovedite în anii 1960 și 1970 de către Stephen Hawking, Roger Penrose și Robert Geroch, care stabilesc ferm că singularitățile sunt generice în clasica RG. Mulți autori au susținut că RG își pierde valabilitatea „acolo” și că astfel conține semințele propriei distrugeri. Prin urmare, argumentul merge, este nevoie de înlocuire și se așteaptă ca o teorie cuantică a gravitației să umple acest decalaj. Mai precis, gravitația cuantificată, adică descrierea gravitației ca având o natură cuantică, este considerată de unii a dizolva singularități cum ar fi Big Bang. Dar de ce ar trebui ca acest argument, cel puțin prin el însuși, să aibă o mare forță? În RG, singularitățile nu fac parte din spațiutimpul material, adică nu sunt „la” o anumită „locație” și, prin urmare, nu este nevoie să existe o teorie validă „acolo” în ceea ce privește RG. RG este o teorie perfect consecventă în domeniul aplicabilității sale și, prin urmare, nu conține semințele distrugerii sale. Cel puțin, aceste semințe nu pot purta niciun fel de fructe dialectice fără o mulțime de îngrășăminte argumentative suplimentare.

În al treilea rând, și cu mult mai convingător, există fenomene pentru care avem motive să credem că atât gravitația, cât și efectele cuantice, contează, și că astfel ambele sunt ingrediente ineliminabile unei teorii care descrie cu succes aceste fenomene. Cel mai important, aceste fenomene includ dinamica găurilor negre și universul foarte timpuriu. Este important de apreciat că, în timp ce ambele fenomene implică – în descrierea lor clasică – o singularitate, nu este clară necesitatea unei teorii cuantice a gravitației. Dimpotrivă, scalele mici și densitățile mari ale materiei și prezența simultană a unui câmp gravitațional puternic necesită o astfel de teorie. În cele din urmă, existența unor fenomene destul de extreme, și nu a unor criterii metodologice sau estetice, sunt cele care determină necesitatea unei teorii cuantice a gravitației.

Rețineți că nu este necesară obținerea unei teorii cuantice a gravitației. Existența unor regimuri în care atât efectul cuantic al materiei, cât și câmpurile gravitaționale puternice joacă un rol important nu implică faptul că gravitația trebuie să fie ea însăși cuantică. În schimb, avem nevoie doar de o teorie care să guverneze „interacțiunea” dintre materia cuantică și gravitația clasică. Cu alte cuvinte, așa-numitele „teorii semi-clasice” ale gravitației nu au fost înlăturate definitiv până în acest moment, chiar dacă ele încalcă principiile RG.

Dar există o serie de argumente care să arate că în orice teorie cuantică a gravitației gravitatea trebuie să fie cuantificată și că, prin urmare, abordările semi-clasice nu sunt fezabile. În mod tipic, aceste argumente încearcă să obțină o contradicție cu un principiu fizic bine înrădăcinat, cum ar fi principiul corespondenței sau conservarea energiei, presupunând gravitația clasică interacționând cu materia cuantică. Cu toate acestea, nu există niciun astfel de argument care reușește pe deplin fără a invoca ipoteze suplimentare pe care un avocat al unei abordări semi-clasice nu trebuie să le accepte.

Sursa: Christian Wüthrich, In search of lost spacetime: philosophical issues arising in quantum gravity

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *