¿Los GW están hechos de gravitones (son los gravitones los cuantos de GW) o no?

Hay una teoría aceptada de ondas gravitacionales, y han sido detectadas. No existe una teoría fundamental aceptada de la gravedad cuántica y, por lo tanto, no existe una teoría fundamental aceptada de los gravitones. (Sin embargo, los físicos hacen cálculos teóricos de procesos que involucran gravitones, utilizando una teoría aproximada que debería ser válida a energías por debajo de la energía de Planck. Puede calcular diagramas de Feynman con gravitones de manera similar a calcular diagramas de Feynman con fotones). Los gravitones no tienen han sido detectados, y la posibilidad de detectarlos no está dentro de nuestras capacidades tecnológicas actuales, ahora o en un futuro previsible.

Su primera cita de Wikipedia es de un párrafo que analiza la posibilidad de gravitones masivos . Si existen gravitones, es más probable que no tengan masa y, por lo tanto, tengan una longitud de onda Compton infinita , al igual que el fotón.

Los físicos no hablan de cuantos de ondas sino de cuantos de campos cuánticos . Las ondas son fenómenos clásicos y no tienen cuantos.

No hay ninguna razón para suponer que el espacio-tiempo está hecho de algo, como tampoco lo hay para suponer que un campo electromagnético o un campo de quarks están hechos de algo. (No, estos campos cuánticos no están hechos de fotones y quarks y, si existieran los gravitones, el espacio-tiempo no estaría hecho de ellos).

En las teorías actualmente aceptadas, el espacio-tiempo y los campos cuánticos son cosas ontológicamente fundamentales que no están hechas de otras cosas. Existe una suposición generalizada de que el campo métrico del espacio-tiempo debe ser un campo cuántico como todos los demás campos. En este caso, se espera que tenga cuantos ("gravitones") como todos los campos cuánticos. Sin embargo, los problemas técnicos con esta idea, como la no renormalización, no se han superado. Esto ha llevado a enfoques radicalmente diferentes, como la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles, que aún no son teorías exitosas o aceptadas.

Una idea especulativa más reciente es que el espacio-tiempo no es ontológicamente fundamental sino más bien un fenómeno emergente que surge del entrelazamiento cuántico. No entiendo qué sucede con los gravitones en este escenario.

Suponga que comienza con alguna geometría del espacio-tiempo. Esta podría ser cualquier geometría, pero cuando se explican las ondas gravitacionales, es habitual comenzar con un espacio-tiempo plano, por lo que la métrica sería la métrica de Minkowski.$\eta$. Ahora introduce una pequeña perturbación en la métrica$h$(No nos preocuparemos por el momento de cómo se podría crear exactamente esta perturbación). Lo que encontramos es que podemos escribir una perturbación$h$que se propaga a través del espacio-tiempo como una onda, y esto es lo que llamamos una onda gravitacional.

Conceptualmente, la onda gravitacional no es tan diferente de una onda electromagnética, aunque es una onda de tensor, no una onda vectorial como una onda EM. Esta onda gravitatoria transporta energía al igual que una onda EM transporta energía.

Como se mencionó en un comentario, no tenemos una teoría cuántica completa de la gravedad, pero para bajas energías podemos obtener una teoría efectiva utilizando las mismas ideas de la teoría cuántica de campos que para el electromagnetismo. Si hacemos esto, obtenemos una partícula llamada gravitón que se describe como un estado de la métrica al igual que un fotón se describe como un estado del campo electromagnético. Una onda gravitacional se forma a partir de gravitones de la misma manera que un campo electromagnético se forma a partir de fotones. Sin embargo, en ambos casos la relación entre la partícula y la onda clásica es complicada. Una onda de luz no es una lluvia de pequeños fotones y una onda gravitacional no es una lluvia de pequeños gravitones. En ambos casos, la partícula se entiende mejor como el intercambio de energía entre la onda y cualquier cosa con la que interactúe esa onda.

Entonces, la respuesta a su pregunta (2) es que si acepta que la teoría efectiva para el campo gravitatorio es una descripción válida, entonces sí, los gravitones son los cuantos de ondas gravitacionales. La respuesta a su pregunta (1) es que la relación entre los gravitones y las ondas gravitacionales es complicada, pero eso es igualmente cierto para las ondas EM.

La gran pregunta es si la cuantificación ingenua de la métrica es físicamente significativa. Una analogía que se usa a menudo es que si no supiéramos que el agua está formada por moléculas, podríamos intentar cuantificar el agua mediante la cuantificación de las ecuaciones de Navier Stokes. Matemáticamente esto es perfectamente posible, pero por supuesto físicamente no tiene sentido. Lo que no sabemos es hasta qué punto esta analogía se aplica a la gravedad.