Похоже, у многих людей сложилось ошибочное мнение, что квантовая гравитация и гравитоны должны быть неким «альтернативным объяснением» гравитации, отличным от общей теории относительности, описывающей гравитацию как искривление пространства-времени.
Это в корне неверно.
Особенно умиляет, когда слышишь: «Мы думаем, что Эйнштейн ошибался, в конце концов, это не «искривленное пространство-время», это на самом деле гравитоны!»
Если вы тоже так думаете, выбросьте эту идею из головы.
Но давайте все по порядку.
Почему физики все еще говорят о силе гравитации?
Почему бы и нет? Вы же знаете, что такое сила, да? Сила — это то, что заставляет что-то двигаться. Помните формулу?
F = m х a
Это базовые вещи.
Разберем пример – почему яблоко падает на землю. В одном случае люди говорят: «Это потому, что действует сила гравитации», в другом случае, начитавшись умных книжек, заявляют: «Нет, нет, это потому что пространство-время искривляется вокруг массивных объектов». И начинают считать себя особенными и просветленными, а всех остальных – отсталыми и невежественными. Мол, только они поняли «настоящую» физику, в отличие от тех, кто все еще живет в каменном веке со своей «силой гравитации».
Но физики прекрасно знают и про искривление пространства-времени и про «силу гравитации», а этот термин продолжают использовать потому, что так проще и понятнее в большинстве случаев.
Кроме того, вопрос предполагает некоторую путаницу в истории идей. Термин «гравитон» был придуман примерно через 20 лет после того, как была принята общая теория относительности, причем придуман физиками, которые, безусловно, понимали, что делают и были хорошо знакомы с ОТО.
Так что там с гравитонами…
Общая теория относительности описывает гравитационное поле как «источник» энергии, определяемый тензором энергии-импульса. Иными словами, геометрия пространства-времени, то есть гравитационное поле, зависит от распределения энергии внутри него.
Поля Стандартной модели физики элементарных частиц квантованы – их значения определяются операторами, действующими на квантовые состояния. Возникает вопрос: а гравитационное поле тоже квантовое?
Многим хотелось бы верить, что да. Тогда все известные нам поля были бы квантовыми, а общая теория относительности стала бы еще одной квантовой теорией поля. Но никому пока не удалось создать работающую теорию. Математика оказалась слишком сложной.
Поэтому, гравитон – это не «теоретическая» частица в полном смысле этого слова. Нет теории, которая предсказывала бы его существование. Это скорее гипотетическая частица. В 1930-х годах ученые предположили: если гравитационное поле квантовое, то должен быть калибровочный бозон, «переносчик силы». И дали ему имя – гравитон.
Кроме того, о гравитоне уже кое-что известно:
(а) это должна быть безмассовая частица со спином 2, и
(б) его (их) невероятно сложно обнаружить.
Поэтому активных поисков гравитонов не ведется. Задача квантовой гравитации – в создании работоспособной теории, способной давать проверяемые предсказания.
Подводя итог, можно сказать, что сила гравитации — это сила, возникающая из-за искривления пространства-времени, которое может быть вызвано (или не вызвано) частицей, называемой гравитоном, и только в том случае, если гравитационное поле оказывается квантованным.
