כבידה קוונטית
תחום תאורטי בפיזיקה / ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
כבידה קוונטית הוא תחום תאורטי בפיזיקה השואף לתת תיאור אחיד בעזרת תורת השדות הקוונטית, תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים.
יש לשכתב ערך זה. ייתכן שהערך מכיל טעויות, או שהניסוח וצורת הכתיבה שלו אינם מתאימים. | |
היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים הן שתי פרדיגמות אשר זו לצד זו מתארות את היקום (בצורה המקיפה ביותר הידועה לנו כיום) על כל היבטיו הפיזיקליים הידועים, כאשר כל אחת משתיהן דנה בתחום אחר של המציאות:
- תורת היחסות הכללית דנה בתהליכים ובהשפעות מקרוסקופיות ביקום, דוגמת כוח הכבידה. היא מנוסחת בעזרת פורמליזם שמשתמש בגאומטריה דיפרנציאלית, על מנת לתאר את ההשפעה של כבידה על המרחב-זמן. בגבול של מהירויות קטנות וכבידה חלשה (מסות קטנות או מרחקים גדולים), היא מתלכדת עם התורה הניוטונית. הקוסמולוגיה מגייסת את היחסות הכללית לתיאור הדינמיקה של היקום בכללותו.
- מכניקת הקוונטים דנה בעולם המיקרוסקופי: בהתנהגות אטומים, מולקולות, ובשילוב עם תורת היחסות הפרטית גם בהתנהגות חלקיקים קטנים יותר כגון קווארקים. התאוריה העדכנית שצמחה מתוך מכניקת הקוונטים מכונה המודל הסטנדרטי, והיא נחשבת בעיני רבים כתאוריה המדעית המוצלחת ביותר בהיסטוריה מבחינת התאמה לתוצאות נסיוניות.
ישנם ארבעה כוחות היסודיים הידועים בטבע:
- הכוח הגרעיני החזק - האחראי על שלמות גרעיני אטומים (גרעין האטום מורכב בין היתר מפרוטונים בעלי מטען חשמלי חיובי אשר דוחה את הפרוטונים זה מזה, ועם זאת הגרעין לא מתפרק), ואף על שלמותם של מרכיבי הגרעין עצמם, הפרוטונים והנייטרונים, שמורכבים מקווארקים.
- הכוח הגרעיני החלש - האחראי על החלפת הזהות של החלקיקים האלמנטריים ובכלל זה, בעקיפין, על חלק מתופעות הרדיואקטיביות (התפרקות הגרעינים של אטומים).
- הכוח האלקטרומגנטי - האחראי על שלמות האטומים, על תגובות כימיות ועל קרינה אלקטרומגנטית כגון אור וגלי רדיו.
- כבידה - האחראית על היווצרות כוכבים וגלקסיות, על עיצוב מבנה היקום ועל הדינמיקה של התפשטותו.
הכוח הגרעיני החלש והחזק מתוארים בעזרת מכניקת הקוונטים, בעוד כבידה מתוארת בעזרת תורת היחסות הכללית. למכניקת הקוונטים ישנו תיאור קוונטי של הכוח האלקטרומגנטי שנקרא אלקטרודינמיקה קוונטית, בעוד שלתורת היחסות הכללית משתמשת בתיאור הקלאסי שמבוסס על משוואות מקסוול. בעבר נעשו ניסיונות רבים לשלב בין תורת הקוונטים לתורת היחסות הכללית ואולם כל הניסיונות הללו (למעט תורת המיתרים והפורמליזם האופרטורי הקווריאנטי) נתקלו בקשיים רבים.
תורת המיתרים היא דוגמה לתורת כבידה קוונטית. היא טוענת ליקום סופר-סימטרי בעל ממד זמן ועשרה ממדי מרחב, וביקום כזה היא אכן משלבת בין שתי התורות, אלא שהיא עקבית רק אם אכן המרחב-זמן כולל את אחד-עשר הממדים האמורים. כמו כן טוענת תורת המיתרים כי לכל החלקיקים האלמנטריים בעלי ספין חצי שלם יש שותף על תואם בעל ספין שלם (סופר-סימטריה). עד עתה לא נתגלו ממצאים התומכים בהנחות יסוד אלו. כבידה קוונטית לולאתית היא עוד דוגמה לתורת כבידה קוונטית.