Denna rapport sammanfattar en radikal ny teori som härleder gravitationen från entropi och kvantinformation, vilket potentiellt förenar kvantmekanik och allmänna relativitetsteorin. Genom att behandla rumtids metriken som en kvantoperator och använda kvantrelativ entropi, introducerar denna modell modifierade Einsteins ekvationer som reducerar till klassisk relativitetsteori vid låga energier samtidigt som den förutsäger en kosmologisk konstant och en ny G-fält som kan förklara mörk materia. Teorin länkar gravitation till informationsdynamik och erbjuder en väg mot en enhetlig kvantgravitationsteori5610.
Teoretiska Grunderna för Entropisk Gravitation
Entropi som en Fundamentell Kraft
Entropisk gravitation, först framförd av Erik Verlinde (2010), betraktar gravitation som en emergen kraft snarare än en fundamentell interaktion13. Enligt denna modell uppstår gravitation från systemets tendens att maximera entropin i gränsskiktet mellan kvantfluktuationer av rumtiden. Denna ”holografiska skärm” lagrar information om omgivande materia, och entropins gradienter genererar tröghet och gravitationskrafter38.
Kärnan i teorin ligger i sambandet mellan entropi (SSS) och rumtidsgeometrin. För en partikel på avstånd Δx\Delta xΔx från en skärm, ges entropiförändringen av ΔS=2πkBmcℏΔx\Delta S = 2\pi k_B \frac{mc}{\hbar} \Delta xΔS=2πkBℏmcΔx, vilket leder till en entropisk kraft F=TΔSΔxF = T \frac{\Delta S}{\Delta x}F=TΔxΔS där TTT är Unruh-temperaturen associerad med accelerationen38. Denna kraft visar sig ekvivalent med Newtons gravitationslag F=GmMr2F = \frac{GmM}{r^2}F=r2GmM, vilket kopplar entropi till klassisk gravitation13.
Holografisk vs Termodynamisk Gravitation
Carroll och Remmen (2016) skiljer mellan två tillvägagångssätt: holografisk och termodynamisk gravitation2. Den holografiska varianten härleder Einsteins ekvationer genom att variera entanglement-entropin i ett begränsat rumtidsområde, medan den termodynamiska ansatsen fokuserar på entropins roll i dynamiska ljushöljen2. Båda metoderna försöker härleda gravitationen från informationsprinciper, men den termodynamiska varianten möter utmaningar i att definiera entropi konsekvent27.
Bianconis Entropiska Aktionsmodell
Kvantrelativ Entropi och G-fältet
Ginestra Bianconis nyligen publicerade arbete (2025) tar teorin ett steg längre genom att införa en entropisk action baserad på kvantrelativ entropi56. Här behandlas rumtids metriken gμνg_{\mu\nu}gμν som en kvantoperator, och materiafält beskrivs topologiskt via Dirac-Kähler-formalismen67. Den entropiska actionen definieras som skillnaden i kvantentropi mellan rumtids metriken och den materiainducerade metriken:Sentropi=S(ρrumtid∣∣ρmateria)=Tr[ρrumtid(logρrumtid−logρmateria)]\mathcal{S}_{\text{entropi}} = S(\rho_{\text{rumtid}} || \rho_{\text{materia}}) = \text{Tr}[\rho_{\text{rumtid}} (\log \rho_{\text{rumtid}} – \log \rho_{\text{materia}})]Sentropi=S(ρrumtid∣∣ρmateria)=Tr[ρrumtid(logρrumtid−logρmateria)]
Denna ansats leder till modifierade Einsteins ekvationer som inkluderar en emergent kosmologisk konstant Λ\LambdaΛ och ett auxiliärt G-fält som Lagrangian-multiplikator67. Vid låga energier reduceras dessa till klassiska fältekvationer, men vid höga energier dominerar entropibidragen57.
Kosmologiska Implikationer
Bianconis modell förutsäger en liten positiv kosmologisk konstant Λ∼10−52 m−2\Lambda \sim 10^{-52} \, \text{m}^{-2}Λ∼10−52m−2, överensstämmande med observationer av universums accelererande expansion56. G-fältet, som interagerar med materia via tensorfält GμνG_{\mu\nu}Gμν, kan förklara rotationskurvor i galaxer utan att kräva mörk materia510. Detta fält uppträder som en effektiv ”entropisk materia” vars densitet ges av ρG=18πG∇μGμν\rho_G = \frac{1}{8\pi G} \nabla_\mu G^{\mu\nu}ρG=8πG1∇μGμν, vilket imiterar mörk materias gravitationella effekter610.
Mörk Materia och Entropisk Struktur
Entropi som Mörk Materia
Verlindes tidigare arbete (2016) föreslog att mörk materia är en illusion skapad av entropiförskjutningar i rumtiden8. När materia förändrar entanglement-entropin i omgivande rumtid, skapar detta en elastisk respons—beskriven som ett ”mörkt” gravitationsfält810. Bianconis G-fält formaliserar denna idé genom att koppla entropigradienter direkt till Einstein-tensorn610.
I galaxers ytterkanter, där Newtonsk gravitation sviktar, dominerar G-fältets bidrag och skapar den extra ”mörka” massan som krävs för att förklara rotationshastigheter58. Denna modell undviker behovet av exotiska partiklar och erbjuder en ren rumtidsbaserad förklaring10.
Kritik och Utmaningar
Teoretiska Begränsningar
Trots framsteg möter entropiska gravitationsteorier skepticism. Vissa fysiker argumenterar att Bianconis G-fält introducerar godtyckliga antaganden och att modifieringarna av Einsteins ekvationer saknar empirisk grund10. Dessutom har holografisk gravitation svårt att reproducera allmänna relativitetens fulla dynamik utan att förlita sig på ad hoc-antaganden27.
Experimentella Tester
För att validera dessa teorier krävs observationella tester. Bianconi föreslår att avvikelser i gravitationsvågors polarisation eller anomalier i kosmisk bakgrundsstrålning kan avslöja G-fältets närvaro57. Ytterligare förutsägelser inkluderar korrelationer mellan galaxers entropifördelning och deras mörka materiahalt810.
Sammanfattning och Framtidsutsikter
Entropisk gravitation representerar ett paradigmskifte där rumtidens geometri härleds från informationsdynamik snarare än omvändt. Genom att integrera kvantinformationsteori med relativitet erbjuder den en plausibel väg mot kvantgravitation. Nyckeln ligger i att formalisera entropins roll som en dynamisk variabel och koppla den till observerbara fenomen som mörk materia och kosmisk acceleration. Ytterligare teoretisk utveckling och empiriska tester kommer att avgöra om denna ansats kan realisera Einsteins dröm om en enhetlig fältteori.
Citations:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Entropic_gravity
- http://arxiv.org/pdf/1601.07558.pdf
- https://www.linkedin.com/pulse/entropic-gravity-allan-wandia-6tsxe
- https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S2424942424500014
- https://quantumzeitgeist.com/quantum-gravity-from-entropy-new-theory-from-qmul-scientists-bridges-quantum-mechanics-and-relativity-explains-dark-matter/
- https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.111.066001
- https://arxiv.org/abs/2408.14391
- https://arxiv.org/abs/1611.02269
- https://arxiv.org/abs/2401.09672
- https://www.linkedin.com/posts/phys-org_gravity-from-entropy-a-radical-new-approach-activity-7302720086744723458-IE_U
- https://www.mdpi.com/1099-4300/15/9/3602
- https://oxsci.org/stringing-it-all-together-the-unification-theory-of-quantum-gravity/
- https://phys.org/news/2025-03-gravity-entropy-radical-approach-quantum.html
- https://inspirehep.net/literature/2821787
- https://www.phys.ufl.edu/courses/phz6607/fall20/Reports/Liu_Tao_Holographic_Theory_Emergent_Gravity_Entropic_Force.pdf
- https://arxiv.org/abs/gr-qc/9404025
- https://sciencesprings.wordpress.com/2025/03/04/from-queen-mary-university-of-london-uk-gravity-from-entropy-a-radical-new-approach-to-unifying-quantum-mechanics-and-general-relativity/
- https://www.youtube.com/watch?v=qYSKEbd956M
- https://physics.stackexchange.com/questions/553104/how-does-the-philosophy-of-emergent-gravity-differ-from-that-of-quantum-gravi
- https://www.mdpi.com/2571-712X/7/2/26
- https://www.scipop.org/gravity-from-entropy-a-new-framework-unifying-quantum-mechanics-and-general-relativity
- https://www.qmul.ac.uk/media/news/2025/science-and-engineering/se/gravity-from-entropy-a-radical-new-approach-to-unifying-quantum-mechanics-and-general-relativity.html
- http://backreaction.blogspot.com/2016/11/dear-dr-b-what-is-emergent-gravity.html
- https://www.mdpi.com/journal/entropy/special_issues/entropy-quantum-gravity
- https://www.spacedaily.com/reports/Gravity_from_Entropy_A_Radical_New_Framework_for_Quantum_Gravity_999.html
- https://www.thebrighterside.news/post/gravity-from-entropy-breakthrough-theory-links-quantum-mechanics-and-relativity/
Svar från Perplexity (Deep Research)
Artikel från Grok 3 nedanför (Deep Search)
Forskning tyder på att gravitation kan härledas från entropi, vilket kan förena kvantmekanik och allmän relativitet
Viktiga punkter
- Forskning tyder på att gravitation kan härledas från entropi, vilket kan förena kvantmekanik och allmän relativitet.
- En ny studie från Queen Mary University of London behandlar rymdtidens metrik som en kvantoperator och använder kvantrelativ entropi.
- Det verkar troligt att denna ansats kan förklara mörk materia och universumets expansion, men det är fortfarande under utveckling.
- Det finns olika teorier, och detta är en av flera radikala ansatser, vilket skapar debatt inom fysiken.
Bakgrund
En nyligen publicerad studie av professor Ginestra Bianconi från Queen Mary University of London, titulerad ”Gravitation från entropi”, föreslår en ny väg för att förena kvantmekanik och allmän relativitet. Kvantmekanik beskriver partiklars beteende på små skalor, medan allmän relativitet förklarar gravitation på kosmiska skalor. Att förena dessa teorier har varit en stor utmaning i fysiken, och denna studie erbjuder en fräsch synvinkel genom att koppla gravitation till entropi, ett koncept från kvantinformationsteori.
Metod och Resultat
Studien hävdar att gravitation kan härledas från kvantrelativ entropi, där rymdtidens metrik behandlas som en kvantoperator och materiafälten som topologiska strukturer. Detta leder till modifierade Einstein-ekvationer som stämmer överens med standard allmän relativitet vid låga energier och introducerar en emergent liten positiv kosmologisk konstant. Denna konstant kan förklara universumets accelererade expansion, vilket är en oväntad detalj som kan ha vidare implikationer för vår förståelse av kosmologin.
Implikationer
Ansatsen tycks ha potential att förklara fenomen som mörk materia och universumets expansion, vilket kan förändra hur vi ser på grundläggande fysikaliska lagar. Det är dock viktigt att notera att detta är en teoretisk ram som fortfarande behöver testas och valideras genom observationer, till exempel genom gravitationsvågor eller kosmisk bakgrundsstrålning.
Utökad Analys
Denna sektion ger en djupare insikt i studien ”Gravitation från entropi” och dess kontext inom fysiken, med fokus på att förena kvantmekanik och allmän relativitet. Studien, publicerad av professor Ginestra Bianconi från Queen Mary University of London, representerar en radikal ansats som har potential att omforma vår förståelse av gravitation och dess relation till kvantvärlden. Nedan följer en detaljerad genomgång av metodik, implikationer och jämförelser med andra teorier, inklusive tabeller för att organisera informationen.
Studiens Huvudidé
Studien, publicerad i Physical Review D och rapporterad på [Queen Mary University of London](https://www.qmul.ac.uk/ media/ news/2025/ science-and-engineering/ se/gravity-from-entropy-a-radical-new-approach-to-unifying-quantum-mechanics-and-general-relativity.html), introducerar en ny ram där gravitation härleds från kvantrelativ entropi. Kvantrelativ entropi är ett mått från kvantinformationsteori som kvantifierar skillnaden mellan två kvanttillstånd. I detta fall jämförs rymdtidens metrik, behandlad som en kvantoperator, med en metrik inducerad av materiafält. Materiafälten beskrivs topologiskt enligt Dirac-Kähler-formalismen, vilket innebär att de representeras som en direkt summa av en noll-form, en en-form och en två-form, enligt en matematisk ram som används inom teoretisk fysik.
Denna entropiska action leder till modifierade Einstein-ekvationer, som reducerar till standard Einstein-ekvationer med noll kosmologisk konstant i lågkopplingsregimer. En viktig aspekt är introduktionen av ett G-fält som Lagrange-multiplikatorer, vilket resulterar i en ”klädd” Einstein-Hilbert-action med en emergent liten positiv kosmologisk konstant som beror på G-fältet. Ekvationerna förblir av andra ordningen i metrik och G-fält, vilket är fördelaktigt för att undvika spöklika lösningar i kvantfältsteori.
Implikationer och Potentiella Applikationer
Studien har flera potentiella implikationer, som framgår av en artikel på Quantum Zeitgeist. Dessa inkluderar:
| Implikation | Detaljer |
|---|---|
| Vägen till en enhetlig kvantgravitationsteori | Länkar gravitation till kvantinformationsteori, broar kvantmekanik och allmän relativitet. |
| Emergent kosmologisk konstant | Predikterar en liten positiv kosmologisk konstant, som stämmer med observationer av universumets accelererade expansion. |
| Mörk materia-tolkning | Föreslår att mörk materia kan uppstå från entropiska effekter, vilket kan eliminera behovet av partikelbaserade teorier. |
| Observerbara effekter för empirisk testning | Förutsäger modifieringar i gravitationsvågmönster och anomalier i kosmisk bakgrundsstrålning, vilket möjliggör validering genom astronomiska observationer. |
| Nya fenomen i extrema tillstånd | Predikterar nya fenomen i svarta hål eller det tidiga universum, där entropigradienter driver rymdtidens evolution. |
Dessa implikationer är särskilt intressanta eftersom de kan adressera långvariga frågor inom kosmologi, som varför universum expanderar accelererat och vad mörk materia egentligen är. Det är dock viktigt att notera att dessa är teoretiska förutsägelser och kräver ytterligare empirisk validering.
Jämförelse med Andra Teorier
Det finns andra ansatser för att förena kvantmekanik och allmän relativitet, och det är värt att jämföra Bianconis arbete med dessa. Till exempel nämns i en artikel på Physics World en teori av Jonathan Oppenheim, som förenar kvantmekanik och klassisk gravitation genom en stokastisk mekanism utan att kvantisera gravitationen. Oppenheims ansats fokuserar på en slumpmässig koppling mellan kvant- och klassiska världar, och nämner inte explicit entropi, även om det finns kopplingar till kvantinformation, särskilt i diskussioner om informationsförlust i svarta hål.
En annan historisk teori är Erik Verlindes entropiska gravitation, som beskrivs på Wikipedia. Verlindes teori, från 2009, ser gravitation som en entropisk kraft som uppstår från mikroskopiska frihetsgrader kodade på en holografisk skärm, baserad på strängteori och svart hålsfysik. Bianconis studie nämner inte Verlindes teori explicit, vilket tyder på att det är en separat ansats, mer fokuserad på kvantrelativ entropi och kvantinformationsteori.
Följande tabell jämför de tre ansatserna:
| Teori | Huvudidé | Entropins Roll | Status |
|---|---|---|---|
| Bianconis ”Gravitation från entropi” | Härleder gravitation från kvantrelativ entropi, metrik som kvantoperator. | Central, via kvantinformationsteori. | Nyligen publicerad, under utveckling. |
| Oppenheims stokastiska ansats | Förenar kvantmekanik och klassisk gravitation via slumpmässig koppling. | Indirekt, via informationsförlust i svarta hål. | Publicerad 2023, debatterad. |
| Verlindes entropiska gravitation | Ser gravitation som entropisk kraft från holografisk skärm. | Central, baserad på termodynamik och entropi. | Föreslagen 2009, delvis testad. |
Kritik och Framtida Utveckling
Även om studien är lovande, finns det inga direkta kritiker i de tillgängliga källorna, vilket kan bero på att den är mycket ny (publicerad i mars 2025). Fysikens natur innebär dock att nya teorier ofta möter skepsis och kräver rigorösa tester. Till exempel kan Bianconis ansats behöva valideras genom observationer av gravitationsvågor eller kosmisk bakgrundsstrålning, som nämns i Quantum Zeitgeist. Det är också oklart hur denna teori hanterar kvantkoherens, en vanlig kritik mot entropiska gravitationsteorier, som nämns i Wikipedia-artikeln om entropisk gravitation.
Framtida utveckling kan inkludera experimentella tester, som observationer av galaxrotationer eller svarta håls beteende, för att se om prediktionerna stämmer. Det är också möjligt att denna teori kan integreras med andra ramar, som strängteori eller loopkvantgravitation, även om det kräver ytterligare forskning.
Kontext inom Fysiken
Att förena kvantmekanik och allmän relativitet har varit en av de största utmaningarna i modern fysik, som diskuteras i en artikel på The Guardian. Kvantmekanik hanterar krafter som elektromagnetism och kärnkrafter på små skalor, medan allmän relativitet beskriver gravitation på stora skalor. Konflikten ligger i att kvantmekanik antar en fix rymdtid, medan allmän relativitet ser rymdtiden som dynamisk. Bianconis ansats försöker lösa detta genom att behandla rymdtiden som en kvantoperator, vilket är en innovativ twist som kan leda till nya insikter.
Slutsats
”Gravitation från entropi” representerar en spännande utveckling inom teoretisk fysik, med potential att omforma vår förståelse av gravitation, mörk materia och universumets expansion. Även om det är en teoretisk ram som fortfarande behöver valideras, erbjuder det en ny synvinkel på en av fysikens mest grundläggande frågor. Det är viktigt att följa framtida forskning för att se hur denna teori utvecklas och jämförs med andra ansatser som Oppenheims och Verlindes.
Nyckelcitat
- [Gravity from entropy: A radical new approach to unifying quantum mechanics and general relativity Queen Mary University](https://www.qmul.ac.uk/ media/ news/2025/ science-and-engineering/ se/gravity-from-entropy-a-radical-new-approach-to-unifying-quantum-mechanics-and-general-relativity.html)
- Unifying quantum gravity from entropy explains dark matter Quantum Zeitgeist
- Gravity from entropy arXiv paper
- Entropic gravity Wikipedia page
- Unifying gravity and quantum mechanics without quantum gravity Physics World
- Relativity versus quantum mechanics: the battle for the universe The Guardian
- New theory claims to unite Einstein’s gravity with quantum mechanics Phys.org
