ฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 สร้างขึ้นจากการปฏิวัติครั้งใหญ่สองครั้ง: ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีทั้งสองนี้ได้เปลี่ยนแปลงวิธีคิดของเราเกี่ยวกับอวกาศ เวลา และความหมายของความเป็นจริงอย่างลึกซึ้ง และทั้งสองทฤษฎีได้รับการพิสูจน์ว่ามีความแม่นยำเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีทั้งสองยังเข้ากันไม่ได้โดยสิ้นเชิงอีกด้วย สามในสี่ของแรงที่รู้จักในธรรมชาติ
อันตรกิริยา
แม่เหล็กไฟฟ้า อ่อน และแรง ถูกอธิบายโดยทฤษฎีสนามควอนตัม ทฤษฎีเหล่านี้ซึ่งประกอบขึ้นเป็นแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคที่ประสบความสำเร็จอย่างสูง อธิบายปฏิสัมพันธ์พื้นฐานในแง่ของการแลกเปลี่ยนอนุภาคสนามระหว่างอนุภาคมูลฐาน ในทางกลับกันแรงโน้มถ่วงไม่เหมาะกับกรอบนี้
คำอธิบายที่สวยงาม เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเป็นแบบคลาสสิก และแรงโน้มถ่วงเป็นผลจากความโค้งของความต่อเนื่องของกาลอวกาศ แต่มีบางอย่างที่ไม่สงบอย่างยิ่งเกี่ยวกับภาพรวมนี้ นับตั้งแต่แมกซ์เวลล์รวมไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นหนึ่งเดียวด้วยสมการชุดเดียว การค้นหาทฤษฎีทั่วไปที่สามารถอธิบายทุกสิ่ง
ที่เราสังเกตเห็นในโลกทางกายภาพได้เป็นหนึ่งในเป้าหมายหลักในฟิสิกส์เชิงทฤษฎี คำอธิบายที่เป็นหนึ่งเดียวของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอนั้นประสบความสำเร็จในทศวรรษที่ 1960 แต่ทฤษฎีที่แท้จริงของแรงโน้มถ่วงควอนตัมจะเป็นก้าวสำคัญสู่เป้าหมายนี้
ยิ่งไปกว่านั้น ทฤษฎีความโน้มถ่วงควอนตัมยังจำเป็นเพื่อทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นในสถานการณ์ที่ทั้งผลกระทบจากความโน้มถ่วงและควอนตัมมีมาก เช่น ในเอกภพในยุคแรกเริ่ม สตริงและลูปมีสองเส้นทางที่ชัดเจนสู่แรงโน้มถ่วงควอนตัม แนวทางแรกและประสบความสำเร็จมากที่สุด
คือการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นทฤษฎีสนามควอนตัมซึ่งแรงโน้มถ่วงถูกกระทำโดยการแลกเปลี่ยนกราวิตอน ปัญหาคือว่ากราวิตอนมีมวลและพลังงาน ซึ่งเป็นที่มาของสนามโน้มถ่วงในตอนแรก สิ่งนี้นำไปสู่ความไม่สิ้นสุดที่ทำให้การคำนวณไม่มีความหมาย วิธีหนึ่งในการแก้ปัญหานี้
คือการแทนที่
แนวคิดของอนุภาคที่มีลักษณะคล้ายจุดด้วยสตริง 1 มิติที่น้อยมาก อธิบายว่าทฤษฎีสตริงไม่ได้เป็นเพียงทางออกที่ดีที่สุดของเราสำหรับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังรวมเอาพลังธรรมชาติอีกสามพลังเข้าด้วยกันโดยธรรมชาติ ปัญหาสำคัญคือข้อเท็จจริงที่ว่าทฤษฎีสตริงดูเหมือน
จะให้ความเป็นไปได้สำหรับทฤษฎีควอนตัมแรงโน้มถ่วงมากเกินไป แทนที่จะน้อยเกินไป โปรดดูที่“ภูมิทัศน์ของทฤษฎีสตริง”. อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเช่น ช่วยให้นักทฤษฎีสามารถจัดการกับความหมายของทฤษฎีได้ดีขึ้น ในขณะเดียวกันผู้ได้รับรางวัลโนเบลและบางครั้งเคยร่วมงานกับ กำลังบุกเบิกแนวทาง
เชิงกำหนดแบบใหม่สำหรับทฤษฎีควอนตัม การเรียนรู้ทฤษฎีสตริงนั้นเกี่ยวกับการทำความเข้าใจมิติที่สูงขึ้น ทฤษฎีนี้อาศัยอยู่ในมิติต่างๆ 10 มิติ โดย 6 มิติถูกบีบอัดเป็นพื้นที่แปลกๆ ที่ปกปิดคุณสมบัติพื้นฐานของอนุภาค แต่ไม่ต้องเลื่อนออกไป สามารถเห็นภาพสามมิติได้เช่นกัน
ทฤษฎีสตริงมีพื้นฐานมาจากกลศาสตร์ควอนตัมแบบดั้งเดิมและถือว่ากาลอวกาศเป็นพื้นหลังที่คงที่ซึ่งอนุภาคเคลื่อนที่และโต้ตอบกัน เส้นทางที่สองสู่แรงโน้มถ่วงควอนตัมเริ่มต้นด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและเกี่ยวข้องกับการเขียนทฤษฎีควอนตัมใหม่ทั้งหมด ในวงแรงโน้มถ่วงควอนตัมไม่มีสิ่งที่เรียกว่า
อวกาศ
มีแต่สนามเท่านั้น ใน”แรงโน้มถ่วงควอนตัมแบบวนรอบ”คาร์โล โรเวลลีอธิบายว่าเขามาถึงทฤษฎีสนามควอนตัมที่ไม่ขึ้นกับพื้นหลังได้อย่างไร โดยปฏิบัติต่อสนามโน้มถ่วงในรูปของเส้นปิดหรือลูป
การทำนายความโน้มถ่วงแบบวนรอบที่น่าทึ่งคือ กาลอวกาศถูกวัดปริมาณใน “เกรน”
เบื้องต้นที่มาตราส่วนประมาณ 1.6 x 10 –35ม. ความยาวพลังค์ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับทฤษฎีสตริง ความโน้มถ่วงของลูปยังคงเป็นหนทางอีกยาวไกลจากการทำนายอย่างเป็นรูปธรรมเกี่ยวกับมวลของอนุภาคมูลฐานและความแรงของอันตรกิริยาที่แตกต่างกันระหว่างพวกมัน
ทฤษฎีและการทดลองเราจะสามารถตรวจจับหรือวัดผลกระทบของแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้หรือไม่? ในการทำเช่นนี้ เราจำเป็นต้องศึกษากระบวนการที่ทั้งผลควอนตัมและแรงโน้มถ่วงมีบทบาท ตามคำนิยาม นี่คือจุดที่ทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีควอนตัมแยกย่อย: มาตราส่วนพลังค์
เครื่องเร่งอนุภาคที่สามารถสำรวจพลังงานในระดับพลังค์ – ประมาณ 10 28 eV – จะต้องใหญ่เท่ากับเอกภพ ใน”ปรากฏการณ์ควอนตัมแรงโน้มถ่วง” อธิบายถึงแนวทางปฏิบัติที่มากขึ้น ซึ่งเป็นสาขาที่เกิดขึ้นใหม่ของปรากฏการณ์ควอนตัมแรงโน้มถ่วง ตัวอย่างเช่น ถ้ากาล-อวกาศถูกหาปริมาณ
โฟตอนที่มีพลังงานต่างกันควรเดินทางด้วยความเร็วที่ต่างกันเล็กน้อย และหอสังเกตการณ์ในอวกาศ ควรจะตรวจจับความแตกต่างเหล่านี้ได้ในการสังเกตการระเบิดของรังสีแกมมา ผลกระทบที่คล้ายกันอาจสังเกตได้ในรังสีคอสมิก แม้จะมีความคืบหน้าทั้งหมดนี้ แต่ก็ยังมีทางไป แท้จริงแล้ว
เช่นเดียวกับอะตอมแม่เหล็กที่พยายามจัดช่วงเวลาแม่เหล็กของพวกเขาแบบจำลอง “ตัวแทนโต้ตอบ” ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากฟิสิกส์เหล่านี้ ซึ่งโดยทั่วไปจะศึกษาโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ถูกนำมาใช้เพื่อสำรวจทุกสิ่งตั้งแต่การเติบโตของธุรกิจไปจนถึงการเปลี่ยนแปลงของการเดินทางทางเรือ
ในแกรนด์แคนยอน หนึ่งในตัวอย่างที่ซับซ้อนที่สุดคือโลกเสมือนจริง “การรวมเป็นหนึ่งที่ยิ่งใหญ่” ของปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งและอิเล็กโทรวีคยังคงต้องบรรลุผล ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจะรวมเป็นหนึ่งได้อย่างแท้จริงก็ต่อเมื่อทฤษฎีเห็นด้วยกับการทดลองในที่สุด ซึ่งเป็นเหตุการณ์ ที่จะกำหนดเส้นทางของฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 21
