Η θεωρία της γενικής σχετικότητας, όπου η βαρύτητα προκαλείται από την καμπυλότητα του χωροχρόνου, του Αϊνστάιν είναι φοβερή. Έχει επιβεβαιωθεί με ένα απίστευτο επίπεδο ακρίβειας, που εκτείνεται μέχρι δεκαπέντε σημαντικά ψηφία σε ορισμένες περιπτώσεις. Μία από τις πιο καταπληκτικές προβλέψεις της είναι η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων: μικρές διαταραχές του χωροχρόνου που ταξιδεύουν ελεύθερα. Αυτά τα πολύ ιδιαίτερα κύματα ανιχνεύθηκαν πρόσφατα από τα πειράματα LIGO / VIRGO.
Η κβαντική βαρύτητα προσπαθεί να συνδυάσει τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν με την κβαντική μηχανική. Οι κβαντικές διορθώσεις στην κλασική βαρύτητας απεικονίζονται ως διαγράμματα βρόχου, όπως αυτή που φαίνεται εδώ σε λευκό χρώμα.
Αλλά ξέρουμε ότι η γενική σχετικότητα είναι ελλιπής. Λειτουργεί καλά όταν τα κβαντικά φαινόμενα του χωροχρόνου είναι αδύναμα, που είναι σχεδόν ο κανένας. Αλλά όταν τα κβαντικά φαινόμενα του χωροχρόνου γίνουν μεγάλα χρειαζόμαστε μια καλύτερη θεωρία: μια θεωρία της «κβαντικής βαρύτητας».
Μια απεικόνιση του πρώιμου Σύμπαντος αποτελούμενη από κβαντικό αφρό, όπου οι κβαντικές διακυμάνσεις είναι μεγάλες, ποικίλες και σημαντικές για τις μικρότερες κλίμακες.
Παρά το γεγονός ότι η κβαντική βαρύτητα θεωρείται συχνά ως μία απομακρυσμένη θεωρητική ιδέα, υπάρχουν πολλές πιθανές κατευθύνσεις για να εισέρθει σε μια παρατηρητική ή πειραματική δοκιμή. Ήδη, έχουν φανεί ορισμένοι σημαντικοί περιορισμοί από τη διενέργεια αυτών των πολύ ειδικών παρατηρήσεων και μετρήσεων. Όλοι μας ταξιδεύουμε μέσα στο χωροχρόνο κάθε μέρα. Η κατανόηση του θα μπορούσε να αλλάξει τη ζωή μας.
Επειδή δεν γνωρίζουμε ακόμη τη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, δεν ξέρουμε πραγματικά τι είναι ο χώρος και ο χρόνος.. Έχουμε πολλές υποψήφιες θεωρίες για την κβαντική βαρύτητα, αλλά καμιά από αυτές δεν είναι γενικά αποδεκτές. Παρ ‘όλα αυτά, με βάση τις υπάρχουσες προσεγγίσεις, μπορούμε να υποθέσουμε τι μπορεί να συμβεί με το χώρο και το χρόνο σε μια θεωρία της κβαντικής βαρύτητας. Εδώ έχουμε τις δέκα πιο καλύτερες εργασίες πάνω στην κβαντική βαρύτητα:
1.) Στην κβαντική βαρύτητα αναμένουμε ότι ο χωροχρόνος θα κάνει μεγάλες διακυμάνσεις ακόμη και εν απουσία της ύλης. Στον κβαντικό κόσμο, το κενό δεν ηρεμεί, ούτε και φτιάνει χώρο και το χρόνο.
Στις μικρότερες κβαντικές κλίμακες, το Σύμπαν θα μπορούσε να είναι γεμάτο με μικροσκοπικές, μικρής μάζας, μαύρες τρύπες. Αυτές οι τρύπες θα μπορούσαν να συνδέονται ή να εκτείνονται προς τα μέσα με πολύ ενδιαφέροντες τρόπους.
2.) Ο κβαντικός χωρόχρονος θα μπορούσε να είναι πλήρης με μικροσκοπικές μαύρες τρύπες. και ακόμα πιο περίεργα, θα μπορούσε να έχει σκουληκότρυπες ή να προκαλέσει σύμπαντα βρέφη, που είναι μικρές φυσαλίδες που συμπιέζονται από το μητρικό σύμπαν.
3.) Και επειδή αυτή η θεωρία της κβαντικής βαρύτητας, είναι μια κβαντική θεωρία, ο χωροχρόνος θα μπορούσε να κάνει όλα αυτά τα πράγματα ταυτόχρονα! Θα μπορούσαν και τα δύο να δημιουργήσουν έναν κόσμο βρέφος και να μην δημιουργούν κανένα, ταυτόχρονα.
Ο ιστός του χωροχρόνου δεν μπορεί να είναι ένας ιστός κανονικός, αλλά μπορεί να φτιάχνεται από διακεκριμένα στοιχεία που να εμφανίζονται ως ένα συνεχές ύφασμα για μας που βλέπουμε σε μεγαλύτερες, μακροσκοπικές κλίμακες.
4.) Στις περισσότερες προσεγγίσεις της κβαντικής βαρύτητας, ο χωροχρόνος δεν είναι θεμελιώδης, αλλά φτιαγμένος από κάποιο άλλο υλικό. Αυτό το υλικό θα μπορούσε να είναι χορδές, βρόχους, qbits, ή κάποια παραλλαγή «ατόμων» του χωροχρόνου, που εμφανίζονται σε προσεγγίσεις της συμπυκνωμένης ύλης. Τα επιμέρους συστατικά, ωστόσο, μπορεί να αναλυθούν μόνο όταν ανιχνευτούν σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, πέρα από αυτό που μπορούμε να επιτύχουμε στη Γη.
5.) Σε ορισμένες από τις προσεγγίσεις που βασίζονται στη συμπυκνωμένη ύλη, ο χωροχρόνος έχει ιδιότητες σαν ένα στερεό ή ένα ρευστό έτσι ώστε να μπορεί να είναι ελαστικό ή να έχουν κάποιο ιξώδες . Αν αυτό συμβαίνει πραγματικά, θα μπορούσε να οδηγήσει σε παρατηρήσιμες συνέπειες. Οι φυσικοί σήμερα αναζητούν για τέτοια αποτελέσματα από τη μελέτη σωματιδίων αγγελιοφόρους, π.χ., το φως ή ηλεκτρόνια, που μας φτάνουν από μακριά στο σύμπαν.
Σχηματικό animation μιας συνεχούς δέσμης φωτός που σκεδάζεται από ένα πρίσμα. Σε ορισμένες ιδέες που σχετίζονται με την κβαντική βαρύτητα, ο ίδιος ο χώρος μπορεί να λειτουργήσει ως μέσο σκέδασης για διάφορα μήκη κύματος του φωτός.
6.) Ο χωροχρόνος θα μπορούσε να επηρεάσει το πως το φως ταξιδεύει μέσα από αυτόν. Μπορεί να μην είναι απολύτως διαφανής, ή το φως των διαφορετικών χρωμάτων μπορεί να ταξιδεύει με διαφορετικές ταχύτητες, ένα φαινόμενο γνωστό ως «διασπορά ή διάχυση». Αν λοιπόν ο κβαντικός χωροχρόνος επηρεάζει τη διάδοση του φωτός, αυτό το γεγονός θα μπορούσε να είναι παρατηρήσιμο σε μελλοντικά πειράματα.
7.) Οι διακυμάνσεις του χωρο-χρόνου θα μπορούσαν να καταστρέψουν την ικανότητα του φωτός από απομακρυσμένες πηγές να δημιουργήσουν πρότυπα συμβολής. Αυτή η σκέψη – επίδραση του χωροχρόνου – έχει εξεταστεί για και δεν βρέθηκε , τουλάχιστον μέχρι στιγμής και όχι στην ορατή περιοχή.
Το φως, είτε διαβιβάζεται μέσω δύο πλατιών σχισμών (πάνω), είτε δύο λεπτών σχισμών (μέση) ή μία παχιά σχισμή (κάτω), εμφανίζει ενδείξεις συμβολής, δείχνοντας προς μία φύση ως ένα κύμα. Αλλά στην κβαντική βαρύτητα, ορισμένες αναμενόμενες ιδιότητες συμβολής μπορεί να είναι αδύνατον να παρατηρηθούν..
8.) Στις περιοχές με ισχυρή καμπυλότητα, ο χρόνος μπορεί να μετατραπεί σε χώρο . Αυτό θα μπορούσε να συμβεί, για παράδειγμα, στο εσωτερικό των μαύρων οπών ή στη Μεγάλη Έκρηξη. Σε μια τέτοια περίπτωση, αυτό που σήμερα γνωρίζουμε ως χωρο-χρόνο με τις τρεις διαστάσεις του χώρου και μία διάσταση του χρόνου θα μπορούσε να μετατραπεί σε ένα χώρο τεσσάρων «Ευκλείδειων» διαστάσεων .
Η σύνδεση δύο ξεχωριστών θέσεων είτε στον χώρο ή τον χρόνο μέσω μιας σκουληκότρυπας, παραμένει μια θεωρητική ιδέα μόνο, αλλά είναι μια ενδιαφέρουσα δυνατότητα που μπορεί να είναι όχι μόνο σημαντική, αλλά μπορεί να είναι αναπόφευκτη στην κβαντική βαρύτητα.
9.) Ο χωροχρόνος θα μπορούσε να είναι μη-τοπικά συνδεδεμένος με μικροσκοπικές παρακάμψεις που εκτείνονται σε όλο το σύμπαν. Τέτοιες μη-τοπικές συνδέσεις θα πρέπει να υπάρχουν σε όλες τις προσεγγίσεις των οποίων η υποκείμενη δομή είναι μη-γεωμετρική, όπως ένα γράφημα ή ένα δίκτυο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε τέτοιες περιπτώσεις η έννοια του «γειτονικού» δεν είναι θεμελιώδης, αλλά είναι μόνο παραγόμενος, και θα πρέπει να είναι ατελής, έτσι ώστε, σε ορισμένες περιπτώσεις, πολύ μακρινά μέρη να συνδέονται μέσω κάποιου γεγονότος..
Ένα κύκλωμα της IBM τεσσάρων qubit , ένα πρωτοποριακό επίτευγμα στους υπολογιστές, θα μπορούσε να οδηγήσει σε υπολογιστές αρκετά ισχυρούς για να προσομοιώσει ένα ολόκληρο σύμπαν. Αλλά το πεδίο της κβαντικής υπολογιστικής βρίσκεται ακόμη στα σπάργανα.
10.) Κι αυτό θα μπορούσε να οφείλεται ότι για να συνδυάσουμε την κβαντική θεωρία με τη βαρύτητα, δεν έχουμε να ανανεώσουμε – ενημερώσουμε τη βαρύτητα, αλλά την ίδια την κβαντική θεωρία. Αν είναι έτσι τα πράγματα, οι συνέπειες θα μπορούσαν να είναι εκτεταμένες. Επειδή η κβαντική θεωρία βρίσκεται πίσω από όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές και αν θα πρέπει αυτή να αλλάξει, αυτό το γεγονός θα μπορούσε να ανοίξει εντελώς νέες δυνατότητες.
