Es wird gesagt, dass wir die Quantengravitation nicht untersuchen können, weil die Schwerkraft eine schwache Kraft ist. Aber Gravitation und Beschleunigung sind dasselbe. Warum können wir die Quantengravitation nicht in einem stark beschleunigten Bezugssystem untersuchen?
Dies ist ein klassischer Fall von Zweideutigkeit. Das Wort "Schwerkraft" wird in der Frage mit zwei verwandten, aber unterschiedlichen Bedeutungen verwendet:
Wenn wir sagen „die Schwerkraft ist schwach“, meinen wir, dass eine Menge Dinge (wie Materie) benötigt werden, um der Raumzeit eine merkliche Krümmung zu verleihen.
Wenn wir sagen „Schwerkraft und Beschleunigung sind dasselbe“, meinen wir, dass die Erfahrung, auf der Erdoberfläche zu stehen, lokal nicht von der Erfahrung der Beschleunigung (von den Füßen zum Kopf gedrückt zu werden) in der flachen Raumzeit zu unterscheiden ist. Umgekehrt ist das Gefühl der Schwerelosigkeit, das man beim Driften im Weltraum hat, dasselbe wie das Gefühl, ohne jeglichen Widerstand frei auf die Erdoberfläche zu fallen.
Die Unterscheidung zwischen diesen beiden Bedeutungen des Wortes "Schwerkraft" ist der Schlüssel zur Beantwortung der Frage. Wir haben schon immer (zumindest seit meiner Geburt) gewusst, wie man Quantenphysik in einem vorgeschriebenen Raumzeithintergrund formuliert, mit oder ohne Krümmung und mit oder ohne Beschleunigung. So wurde die Hawking-Strahlung ursprünglich abgeleitet: unter Verwendung eines vorgeschriebenen Raumzeit-Hintergrunds. Wenn Leute sagen, dass die Quantengravitation schwierig ist, meinen sie das nicht. Der schwierige Teil besteht darin, die Tatsache zu berücksichtigen, dass Quantenmaterial eine Raumzeitkrümmung verursacht . Bei Dingen wie der Hawking-Strahlung und dem Unruh-Effekt geht es darum, was Beschleunigung und/oder Raumzeitkrümmung mit Quantenmaterial machen. Der schwierige Teil der Quantengravitation besteht darin, das Gegenteil zu verstehen: was Quantenmaterial mit der Raumzeitkrümmung macht.
Schwerkraft und Beschleunigung sind nicht dasselbe. Lokal (d. h. in einem ausreichend kleinen Bereich von Raum und Zeit) ist es aufgrund des Äquivalenzprinzips nicht möglich, die Auswirkungen der gleichmäßigen Beschleunigung und der Schwerkraft zu unterscheiden. Aber über eine ausreichend große Distanz merkt man den Unterschied. Zum Beispiel werden zwei Menschen auf gegenüberliegenden Seiten der Erde in entgegengesetzte Richtungen gezogen (beide in Richtung Zentrum); Sie können dies nicht durch einen beschleunigten Referenzrahmen erklären, obwohl Sie zwei lokale Rahmen in der Nähe jedes Beobachters definieren können.
Sie können die Quantenfeldtheorie in einem beschleunigten Bezugssystem studieren; Eines der klassischen Ergebnisse ist, dass ein Zustand, den ein Trägheitsbeobachter als Vakuum (keine Teilchen) wahrnimmt, von dem beschleunigten Beobachter als ein Thermalbad aus Teilchen wahrgenommen wird. Dies ist als Unruh-Effekt bekannt .
Durch das Äquivalenzprinzip können Sie den Unruh-Effekt verwenden, um die Hawking-Strahlung lokal in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs zu verstehen. Der einfallende Beobachter sieht einen Vakuumzustand, während ein Beobachter, der sich in einem festen Abstand in der Nähe, aber außerhalb des Schwarzen Lochs aufhält, ein thermisches Strahlungsbad sieht, weil er relativ zum einfallenden Beobachter beschleunigt. Der Unruh-Effekt reicht nicht aus, um zu sagen, was ein asymptotisch weit vom Schwarzen Loch entfernter Beobachter sehen wird, aber eine vollständige Berechnung zeigt, dass sich die von einem Beobachter in der Nähe des Ereignishorizonts gesehene Strahlung bis ins Unendliche ausbreitet (nachdem sie rotverschoben wurde) und als Hawking wahrgenommen wird Strahlung. (Zumindest in der "effektiven Feldtheorie der Gravitation", aber eine vollständige Quantentheorie der Gravitation könnte die Geschichte ändern).