Wetenschap
De kwantumtheorie van de zwaartekracht, effectieve veldtheorieën en snaren:verleden en heden
Zwaartekracht is een van de vier fundamentele interacties. De meest nauwkeurige beschrijving van deze kracht wordt nog steeds gegeven door Einsteins Algemene Relativiteitstheorie, gepubliceerd in 1915, een volledig klassieke theorie. Deze beschrijving onderscheidt de zwaartekracht van de andere drie krachten – sterk, zwak en elektromagnetisme – die allemaal door kwantumvelden worden beschreven. Daarom moet elke poging om de vier krachten te verenigen afhangen van een beschrijving van de zwaartekracht die gebruik maakt van de principes van de kwantummechanica.
Dit is sinds de jaren dertig een actief gebied van de theoretische natuurkunde. Historicus en natuurkundige Alessio Rocci van de VUB in Brussel en Thomas Van Riet van de KU Leuven in België hebben een historisch overzicht geschetst van de ontwikkeling van kwantumtheorieën over de zwaartekracht om onze huidige kijk op een toekomstige, verenigde theorie van de vier krachten te verklaren. Dit werk is gepubliceerd in The European Physical Journal H .
Natuurkundigen begonnen in de jaren dertig de kwantumtheorie van de zwaartekracht te onderzoeken, waarbij ze een perturbatieve benadering volgden, in de overtuiging dat er geen fundamenteel verschil zou mogen bestaan tussen de zwaartekracht en de andere interacties. Het vinden van een beschrijving van de zwaartekrachtsinteractie volgens de wetten van de kwantummechanica is echter nog steeds een zeer complexe taak.
Later in de eeuw begon Steven Weinberg, een pionier op het gebied van zowel effectieve veldentheorie als het standaardmodel van de deeltjesfysica, een proces van kruisbestuiving tussen deze gebieden en het onderzoeksgebied van de kwantumzwaartekracht, waaruit onze huidige kijk op Einsteins theorie voortkwam. Vanaf het midden van de jaren tachtig creëerde de snaartheorie een mogelijk raamwerk om de kwantumzwaartekracht te benaderen met behulp van een 'top-down' benadering. De effectieve veldtheoretische benadering van sterke krachten was de drijvende kracht achter de ontwikkeling van het 'bottom-up'-perspectief, dat zijn hoogtepunt bereikte in het midden van de jaren negentig.
Onlangs zijn natuurkundigen een nieuw programma gestart, Swampland genaamd, om de kritiek op de snaartheorie die in de jaren 2000 ontstond, te overwinnen. Van Riet zegt:"De ultieme hoop is dat het Swampland-programma kan leiden tot algemene patronen met observationele consequenties."