Квантовая теория гравитации (КТГ). Гравитон

Квантовая теория гравитации (КТГ) - квантовополевая теория гравитационного взаимодействия. Квантовая теория гравитации основана на квантовании гравитационного поля, которое описывается общей теорией относительности Эйнштейна. В случае слабого гравитационного поля метрический тензор искривленного пространства-времени равен обычному метрическому тензору плоского псевдоэвклидового пространства-времени плюс безмассовое поперечное тензорное поле, соответствующее гравитационным волнам.

(2.114)

где - метрический тензор пространства времени Минковского, . В первом приближении ОТО сводится к к релятивисткой теории свободного безмассового поперечного тензорного поля -гравитационных волн- в плоском пространстве-времени. В квантовой теории величины и становятся операторами. Стандартная процедура квантования показывает, что гравитационые волны можно рассматривать как поток квантов - гравитонов.

Гравитон - квант гравитационного поля, безмассовая нейтральная частица с нулевой массой покоя и спином 2 (в единицах h). Спиральность гравитона, т.е. проекция спина гравитона на направление импульса гравитона, равна = + 2,-- 2. Гравитоны, подчиняются статистике Бозе, и могут неограниченно накапливаться в одном квантовом состоянии, образуя бозе-конденсат, который представляет собой классическую гравитационную волну. См. табл.2.6.

Гравитон могут рассеиваться друг на друге: g + g → g + g.Сечение рассеяния гравитона на гравитоне: ~ L² (E/mc²)² ~ 10 ^-67 см². Теоретически вводятся: характерная масса Планка m_П = (hc/G)^1/2 = 10 ^–5 г. Энергия покоя массы Планка m_П c² = 1,2 10 ¹⁹ Гэв. Длина волны Комптона для массы Планка L = h m_п = 10 ^{– 33 см} («квант пространства»). Планковское время t_п = L/c = 10 ^{– 43} сек («квант времени»).

Другим возможным процессом является двухгравитонное рождение пары частица-античастица негравитационного поля, например: g + g → (e^-) + (e⁺). Таким образом, на квантовом уровне обнаруживается взаимопревращаемость всех видов материи, включая гравитационное поле. Гравитация универсально взаимодействует с любой формой энергии, в том числе с вакуумной энергией, которая проявляется в уравнениях Эйнштейна в виде космологической постоянной (ламбда-член).

Экспериментально гравитоны не наблюдались. Имеются отдельные косвенные наблюдения гравитационных волн на работающих экспериментальных установках.

В настоящее время (2009 г.) предполагается существование новой формы материи в виде «темной энергии», обладающей антигравитацией (отталкиванием), т.е. отрицательным гравитационным зарядом, (Не следует путать антигравитацию с античастицами, например, позитроном).

Если «выключить» гравитационное взаимодействие, то исчезнет крупномасштабная «пенная» структура Вселенной, а также галактики, звезды, планеты. Частицы и тела перейдут в состояние невесомости, атомы, молекулы и тела сохранятся.

Свойства четырех взаимодействий приведены в табл.2.6 и характеристики квантов полей в табл.2.7

Табл.2.6

Взаимодействие	Радиус действия см	Время действия сек	Сечение мбарн = 10-27 см 2	Константа взаимо- действия
Сильное	10-13	10-23
Электромаг- нитное		10-20 10-16	10-3	10-2
Слабое	2 10-16	>10-12	10-11	10-5
Гравитационное			10-40	10-12

Характеристики квантов физических полей

Табл.2.7

Примечание: Условный цветовой заряд кварков к –красный, с -синий, з - зеленый.