Есть ли среди физиков консенсус в отношении того, действительно ли пространство-время искривляется, и если да, то что это такое?

Я думаю, что ваш вопрос хорош, потому что он спрашивает о фундаментальной природе гравитации, рассматриваемой как с точки зрения традиционного геометрического подхода, так и с точки зрения КТП.

Во-первых, процитированный текст из Википедии не совсем точен. Вы должны быть осторожны со словами, которые люди используют для описания физики. Каждая физическая теория является эффективной теорией поля (EFT), как объясняется в другом ответе здесь . Нет ничего проблематичного в объединении общей теории относительности и квантовой механики, если вы не исследуете очень высокие энергии . Под «очень высоким» я подразумеваю шкалу Планка. GR как QFT — полезный пример EFT. Документ, на который вы указываете в одном из своих комментариев, является хорошим справочником для него.

В физике конечной задачей является вычисление физических наблюдаемых величин, а затем их сравнение с экспериментальными данными. То, как вычисляются физические наблюдаемые, зависит от теории, приближений и т. д. И это зависит от вас. Вы можете выбрать GR или QFT. Люди намного больше работали над методами ОТО и отточили их до такой степени, что теперь это стандартный способ вычисления наблюдаемых величин в гравитации/космологии. Геометрический подход ОТО, который с самого начала является классическим, более развит и прост в использовании, чем подход КТП.

Как вы указали в своих комментариях, верно, что можно моделировать GR с помощью QFT. Я думаю, что первой статьей, в которой это обсуждалось на твердой основе, была « Квантование гравитационного поля Эйнштейна: общая трактовка» С. Н. Гупты. С тех пор над ним работали многие авторы. Дезер показал в « Самовзаимодействии и калибровочной инвариантности», как можно вывести нелинейный ОТО, исходя из действия для свободного безмассового поля со спином 2.

Речь идет об удобстве использования. Точно так же, как для некоторых задач вы использовали бы законы Ньютона вместо гамильтоновой механики, ОТО используется вместо КТП. При этом использование метода амплитуд рассеяния для вычисления физических наблюдаемых в ОТО является активной областью исследований, и я ожидаю, что в будущем появится много новых интересных вещей. Примером может служить недавняя статья General Relationivity from Scattering Amplitudes .

Я всегда считал, что идея о том, что пространство-время — это всего лишь частица со спином 2, — это чушь. (РЕДАКТИРОВАТЬ: Тем не менее, существуют разные направления. См. https://en.wikipedia.org/wiki/Anatoly_Logunov#Relativistic_theory_of_gravitation , где гравитация разрабатывается как теория в рамках специальной теории относительности . Это противоречит концепции гравитации Эйнштейна и действительно теория, отличная от общей теории относительности.)

Утверждение предполагает, что гравитация аналогична электромагнетизму. В КЭД взаимодействие между зарядами происходит путем обмена виртуальными фотонами. Разве гравитация не должна быть такой же?

Нет, из-за принципа эквивалентности. Гравитация есть интерциальное явление, что привело Эйнштейна к мысли о том, что ее следует описывать как искривленное пространство-время, т.е. как геометрический эффект.

Когда кто-то хочет измерить массу черной дыры, он не обменивается с ней виртуальным гравитоном. Скорее, можно просто вращаться вокруг него с очень большим радиусом, так что мы можем использовать формулы ньютоновской гравитации, а затем измерить время, необходимое для завершения круговой орбиты. Тогда третий закон Кеплера даст формулу для массы. В реальной жизни мы измеряем геодезическое отклонение, скажем, с помощью гравитационного линзирования.

Здесь нет виртуального обмена, как нет силы . Просто измеряются такие вещи, как длина и продолжительность, которые являются чисто локальными процессами. Влияние гравитации носит глобальный характер (если не принимать во внимание протяженные системы, в которых играют роль приливные эффекты). По принципу эквивалентности мы всегда можем найти систему координат, в которой символы Кристоффеля исчезают (они говорят вам о геодезическом отклонении, т.е. о том, насколько быстро два инерционных пути, начинающиеся с близких скоростей, отклоняются друг от друга через небольшой промежуток времени).

То, что гравитация принципиально отличается от всех других сил, впервые понял Матвей Бронштейн. Google его имя для более подробной информации.

Однако можно квантовать возмущения над некоторым фиксированным фоном пространства- времени . Нам нужно предположить, что возмущения слабы, иначе как можно было бы отделить фон от возмущения? Можно также сформулировать квантовую теорию поля поверх классического пространства-времени.

Однако нельзя квантовать фон. Т.е. мы понятия не имеем, что такое гравитация на микроскопическом уровне.

С другой стороны, мы знаем, что электрон представляет собой комбинацию левого и правого квантовых полей Вейля, которые взаимодействуют через конденсат Хиггса.