Gravitonit ja kvanttigravitaatio

Nykyaikaisessa fysiikassa gravitaatiolla on ainutlaatuinen asema: se on ainoa perustavanlaatuinen vuorovaikutus, jota ei ole täysin sovitettu yhteen kvanttiteorian kanssa. Sähkömagnetismia, heikkoa voimaa ja voimaa kuvataan menestyksekkäästi kvanttikenttäteorialla (QFT), jossa vuorovaikutukset välittyvät hiukkasten välityksellä. Gravitaatio on kuitenkin edelleen vaikeasti lähestyttävä.

Gravitaation välittäjäksi ehdotettu hypoteettinen hiukkanen on gravitoni. Fyysikot ovat vuosikymmeniä spekuloineet sen ominaisuuksilla ja etsineet kokeellisia todisteita. Mittavista ponnisteluista huolimatta gravitonia ei kuitenkaan ole koskaan havaittu.

Mehiläisteoria tarjoaa vaihtoehdon: sen sijaan, että etsitään gravitoneja erillisinä kvanteina, gravitaatio olisi ymmärrettävä avaruusaaltojen emergenttinä resonanssina. Tämä näkökulma välttää gravitonihypoteesiin liittyvät käsitteelliset ja kokeelliset esteet ja vastaa luontevammin havaittavia ilmiöitä, kuten gravitaatioaaltoja.

Mikä on gravitoni?

Kvanttikenttäteoriassa kutakin perustavanlaatuista vuorovaikutusta harjoittaa voimaa välittävä hiukkanen:

  • Sähkömagnetisminfotoni.
  • Gluonit vahvaa vuorovaikutusta varten.
  • W- ja Z-bosonit heikkoa vuorovaikutusta varten.

Vastaavasti gravitaatiolla oletetaan usein olevan vastaava hiukkanen: gravitoni.

Gravitonin oletetut ominaisuudet:

  • Massaton bosoni, joka varmistaa gravitaation pitkän kantaman luonteen.
  • Spin-2, mikä on sopusoinnussa yleisen suhteellisuusteorian avaruusajan kaarevuuden tensorisen luonteen kanssa.
  • Vuorovaikuttaa kaiken sellaisen kanssa, joka kantaa energia-momenttia, mutta poikkeuksellisen heikon kytkentävakion avulla.

Kokeellinen ongelma:

  • Gravitoneja olisi käytännössä mahdotonta havaita suoraan, koska gravitaatiovuorovaikutus on kertaluokkaa heikompi kuin muut voimat.
  • Jopa valtavaa energiaa vapauttavat astrofysikaaliset tapahtumat (kuten mustien aukkojen sulautuminen) eivät tuottaisi havaittavia gravitoneita yksittäin.

Mehiläisteorian näkökulma:
Gravitoneita ei tarvita. Se, mitä fyysikot tulkitsevat potentiaalisiksi gravitaatiokvanteiksi, on itse asiassa aaltoresonanssikuvioita, jotka ovat taustalla olevan avaruusajan värähtelykentän aaltoresonanssikuvioita.

  • Gravitonit ovat matemaattinen artefakti, joka on seurausta yrityksestä kvantisoida geometriaa.
  • Todellinen fysiikka perustuu väliaineen kollektiivisiin värähtelyihin, ei hiukkasten vaihtoon.

Miksi emme ole löytäneet niitä?

Vuosikymmeniä kestäneistä teoreettisista ennusteista huolimatta gravitonit ovat edelleen vaikeasti havaittavissa. Syyt ovat sekä perustavanlaatuisia että teknologisia:

  1. Painovoiman heikkous – Painovoima on noin 10³⁸ kertaa heikompi kuin sähkömagneettinen voima. Jokainen yksittäinen gravitonisignaali on kaukana havaintokynnyksen alapuolella.
  2. Energia-asteikko-ongelma – Gravitaation tutkiminen kvanttiasteikolla edellyttää Planckin energian (~10¹⁹ GeV) saavuttamista. Nykyiset kiihdyttimet (kuten LHC) yltävät ~10⁴ GeV:iin, mikä on aivan liian vähän.
  3. Teknologiset rajoitukset – LIGOn kaltaiset ilmaisimet ovat herkkiä klassisille gravitaatioaalloille, eivät yksittäisille kvanttihiukkasille. Gravitonien havaitseminen edellyttäisi mahdottoman kokoisia ja herkkiä laitteita.

Mehiläisteorian vaihtoehto:

  • Gravitonin etsintä on harhaanjohtavaa.
  • Painovoima ei koostu ”jyvistä” tai hiukkasten vaihdoista.
  • Sen sijaan tutkimuksen tulisi kohdistua avaruusajan värähtelyjen interferenssi-ilmiöihin, jotka muistuttavat akustiikassa tai optiikassa esiintyvää resonanssia.

Tällä uudelleensuuntautumisella vältetään gravitonin suoran havaitsemisen esteet ja ohjataan tutkimusta kohti mitattavissa olevia aaltoilmiöitä.

Yhteys gravitaatioaaltoihin

Vuonna 2015 LIGO teki historiaa havaitsemalla kahden mustan aukon sulautumisesta peräisin olevia gravitaatioaaltoja. Nämä aallot vahvistettiin avaruusajan geometrian aaltoiluna, joka kulkee valon nopeudella.

Gravitaatioaallot valtavirran fysiikassa:

  • Ennustettiin Einsteinin yleisessä suhteellisuusteoriassa vuonna 1916.
  • Edustavat avaruusajan laajamittaisia, klassisia värähtelyjä.
  • Niiden havaitseminen avasi uuden aikakauden gravitaatioaaltotähtitieteessä, jossa tutkitaan miljardien valovuosien päässä olevia tapahtumia.

Mehiläisteorian tulkinta:

  • Gravitaatioaallot ovat maailmankaikkeuden värähtelevän substraatin havaittavissa oleva ilmaus.
  • Ne ovat kvantti-ilmiöiden taustalla olevan saman aaltokentän laajamittaisia resonansseja.
  • Kosmisessa mittakaavassa aallot näkyvät siis klassisina gravitaatioaaltoina, kun taas mikroskooppisessa mittakaavassa samat värähtelyperiaatteet ohjaavat kvanttikäyttäytymistä.

Vaikutukset:
LIGO:n ja VIRGO:n havaitsemat gravitaatioaallot ovat makroskooppisia sormenjälkiä syvemmästä värähtelykehyksestä. Ne tukevat painovoiman aaltopohjaista luonnetta pikemminkin kuin erillisiä gravitoneja.

Gravitonia on pitkään etsitty analogisesti muiden hiukkasfysiikan voimankantajien kanssa. Vuosikymmeniä kestäneestä teoreettisesta kehityksestä huolimatta gravitoneita ei kuitenkaan ole havaittu ja todennäköisesti havaittavissa.

Mehiläisteoriassa ehdotetaan paradigman muutosta:

  • Gravitaatiota eivät välitä hiukkaset, vaan se syntyy avaruusajan värähtelyjen interferenssistä ja resonanssista.
  • Gravitonien havaitsematta jättäminen ei ole pelkästään teknistä, vaan se viittaa siihen, että niitä ei ehkä ole olemassa erillisinä kvantteina.
  • Gravitaatioaallot antavat jo nyt todisteita gravitaation värähtelevästä luonteesta, mikä tukee Bee-teoriaa.

Siirtymällä gravitonin käsitteen ulkopuolelle ja keskittymällä aaltoresonanssiin Bee-teoria tarjoaa testattavamman, johdonmukaisemman ja yhdistävämmän selityksen gravitaatiolle ja tasoittaa tietä kohti todellista kvanttigravitaatioteoriaa.