Ква́нтовая гравита́ция — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия (и, в случае успеха, — объединение гравитации с остальными тремя фундаментальными взаимодействиями, описываемыми Стандартной моделью, то есть построение так называемой «теории всего»).

Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) — опираются на разные наборы принципов. Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. В ОТО внешнего пространства-времени нет — оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.

При переходе к квантовой гравитации, как минимум, нужно заменить системы на квантовые (то есть произвести квантование), при этом правая часть уравнений Эйнштейна — тензор энергии-импульса материи — становится квантовым оператором (тензорной плотностью энергии-импульса элементарных частиц). Возникающая связь требует какого-то квантования геометрии самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен и сколь-либо успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует^[1][2]. О квантовании геометрии пространства-времени см. также в статье Планковская длина.

Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности — квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией вследствие того, что гравитационная постоянная является размерной величиной^[3][4]. А именно, в системе единиц ${\displaystyle \hbar =c=1}$ гравитационная постоянная является размерной константой с размерностью обратного квадрата массы, как и фермиевская константа взаимодействия слабых токов ${\displaystyle G_{F}={\frac {10^{-5)){m_{p}^{2))))$, где ${\displaystyle m_{p))$ — масса протона^[5].

Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий пока недоступны современным технологиям.^[6] В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

Предпринимаются попытки квантования гравитации на основе геометродинамического подхода и на основе метода функциональных интегралов^[7].

Другие подходы к проблеме квантования гравитации предпринимаются в теориях супергравитации и дискретного пространства-времени^[5].

Два основных направления, пытающихся построить квантовую гравитацию, — это теория струн и петлевая квантовая гравитация.

В первой из них вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны. Для многомерных задач браны являются многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся внутри этих бран, они являются пространственно-временными структурами.

Во втором подходе делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону; пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Эти маленькие квантовые ячейки пространства определённым способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают пёструю, дискретную структуру пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Хотя многие космологические модели могут описать поведение вселенной только начиная от планковского времени после Большого взрыва, петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, и даже заглянуть дальше. Петлевая квантовая гравитация, возможно, позволит описать все частицы Стандартной модели.

Основной проблемой тут является выбор координат. Можно сформулировать и общую теорию относительности в бескоординатной форме (например, с помощью внешних форм), однако вычисления тензора Римана осуществляются только в конкретной метрике.

Ещё одной перспективной теорией является причинная динамическая триангуляция. В ней пространственно-временное многообразие строится из элементарных евклидовых симплексов (треугольник, тетраэдр, пентахор) с учётом принципа причинности. Четырёхмерность и псевдоевклидовость пространства-времени в макроскопических масштабах в ней не постулируются, а являются следствием теории.

Существуют бесчисленное количество подходов к квантовой гравитации. Подходы различаются в зависимости от характеристик, остающихся неизменными, и тех, которые меняются^[8][9]. Примеры включают:

• Акустическая метрика и другие аналоговые модели гравитации
• Асимптоматическая безопасность
• Причинная динамическая триангуляция^[10]
• Причинные множества^[11]
• Теория полей групп (см. книгу «Approaches to Quantum Gravity. Toward a New Understanding of Space, Time and Matter»^[12] и приведённые там ссылки)
• MacDowell–Mansouri действие
• Некоммутативная геометрия
• Интеграл Пути модель Квантовая космология^[13]
• Исчисление Редже
• Интегральный метод^[14][15]
• Сеть Струнной жидкости (что приводит к бесщелевой спиральности ± 2 возбуждений без каких-либо других бесщелевых возбуждений^[16])
• Сверхжидкий вакуум или теория BEC вакуума
• Супергравитация
• Твистор-модели (см. главу 33 книги Р. Пенроуза «Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель»^[17] и приведённые там ссылки)
• Цифровая физика^[18]
• Гравитация Джакива — Тейтельбойма

Проводятся^{[когда?]} первые опыты по выявлению квантовых свойств гравитации путём исследования гравитационного поля очень малых массивных тел, которые удаётся перевести в состояние квантовой суперпозиции^[19].

• Горелик Г. Е. Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию неразрешённой проблемы. Архивная копия от 17 июня 2012 на Wayback Machine // Успехи физических наук, том 175, № 10 (октябрь 2005).
• Пенроуз Р. . Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель = The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe / Пер. с англ. А. Р. Логунова, Э. М. Эпштейна. — М.—Ижевск: ИКИ, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. — 912 с. — ISBN 978-5-93972-618-4.
• Approaches to Quantum Gravity. Toward a New Understanding of Space, Time and Matter / Ed. by D. Oriti. — Cambridge: Cambridge University Press, 2009. — xix + 583 p. — ISBN 978-0-521-86045-1.

• Квантовая гравитация Архивная копия от 6 мая 2013 на Wayback Machine // Лекция Д. И. Казакова в проекте ПостНаука (13.11.2012)
• Пол Шеллард и др. Квантовая гравитация (Quantum Gravity Архивировано 10 февраля 2012 года.). // Пер. с англ. В. Г. Мисовца. Ссылка проверена 08:45, 23 ноября 2007 (UTC).
• Смолин, Ли. Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует Архивная копия от 1 февраля 2014 на Wayback Machine
• Merali, Zeeya. Разделение времени и пространства. Новая квантовая теория отвергает пространство-время Эйнштейна Архивная копия от 3 июля 2011 на Wayback Machine // Scientific American. (December 2009).

Теории гравитации

Стандартные теории гравитации Альтернативные теории гравитации Квантовые теории гравитации Единые теории поля Классическая физика Теория тяготения Ньютона Релятивистская физика Общая теория относительности Математическая формулировка Гамильтонова формулировка Принципы Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции Принцип Маха Геометродинамика Классические Теория гравитации Лесажа Модифицированная ньютоновская динамика Релятивистские Релятивистская теория гравитации Калибровочная теория гравитации Гравитация с массивным гравитоном Телепараллелизм Теория Нордстрёма Теория Бранса — Дикке Биметрические теории гравитации Несимметричные теории гравитации Теория гравитации Уайтхеда Теория Эйнштейна — Картана Тетрадная теория гравитации Теория Хорндески Каноническая квантовая гравитация Петлевая квантовая гравитация Полуклассическая гравитация[англ.] Причинная динамическая триангуляция Евклидова квантовая гравитация Уравнение Уилера — Девитта[англ.] Индуцированная гравитация Некоммутативная геометрия Многомерные Общая теория относительности в многомерном пространстве Теория Калуцы — Клейна Супергравитация Струнные Теория струн Теория бозонных струн Теория суперструн М-теория Прочие Исключительно простая теория всего

Физика за пределами Стандартной модели
Свидетельства	Проблема калибровочной иерархии Проблема иерархии фермионных масс Тёмная материя Тёмная энергия Аномальный магнитный момент мюона Асимметрия материи и антиматерии Проблема космологической постоянной Сильная CP-проблема Нейтринные осцилляции
Теории	Техницвет Пятая сила Теория Калуцы — Клейна Теории Великого объединения Теория всего Теория струн
Суперсимметрия	MSSM[англ.] NMSSM[англ.] Теория суперструн Супергравитация
Квантовая гравитация	Теория струн Петлевая квантовая гравитация Причинная динамическая триангуляция Каноническая квантовая гравитация
Эксперименты	ANNIE[англ.] Национальная лаборатория Гран-Сассо INO БАК SNO Super-K Тэватрон KATRIN Muon g-2 NOvA