ความเป็นอิสระจากพื้นหลังเป็นเงื่อนไขในฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่กำหนดให้สมการนิยามของทฤษฎีต้องเป็นอิสระจากรูปร่างที่แท้จริงของปริภูมิเวลาและค่าของสนาม ต่างๆ ภายในปริภูมิเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหมายความว่าต้องสามารถไม่กล่าวถึงระบบพิกัด เฉพาะใดๆ —ทฤษฎีต้องเป็นอิสระจากพิกัดนอกจากนี้ การกำหนดค่าปริภูมิเวลา (หรือพื้นหลัง) ที่แตกต่างกันควรได้มาจากการแก้สมการพื้นฐานที่แตกต่างกัน

ความเป็นอิสระจากพื้นหลังเป็นคุณสมบัติที่นิยามไว้อย่างหลวมๆ ของทฤษฎีฟิสิกส์ โดยคร่าวๆ แล้ว มันจำกัดจำนวนโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการอธิบายพื้นที่และเวลาซึ่งถูกกำหนดขึ้น "ด้วยมือ" แทนที่จะเป็นเช่นนั้น โครงสร้างเหล่านี้เป็นผลมาจากสมการพลวัต เช่นสมการสนามของไอน์สไตน์เพื่อให้สามารถกำหนดรูปแบบได้จากหลักการพื้นฐาน เนื่องจากรูปแบบของเมตริกกำหนดผลลัพธ์ของการคำนวณ ทฤษฎีที่มีความเป็นอิสระจากพื้นหลังจึงทำนายได้แม่นยำกว่าทฤษฎีที่ไม่มี เพราะทฤษฎีนั้นต้องการข้อมูลป้อนเข้าน้อยกว่าในการทำนาย ซึ่งคล้ายคลึงกับการต้องการพารามิเตอร์อิสระน้อยลงในทฤษฎีพื้นฐาน

ดังนั้น ความเป็นอิสระของพื้นหลังจึงสามารถมองได้ว่าเป็นการขยายวัตถุทางคณิตศาสตร์ที่ควรทำนายจากทฤษฎีให้ครอบคลุมไม่เพียงแค่พารามิเตอร์ แต่ยังรวมถึงโครงสร้างทางเรขาคณิตด้วย สรุปได้ว่า Rickles เขียนว่า: "โครงสร้างพื้นฐานนั้นแตกต่างจากโครงสร้างแบบไดนามิก และทฤษฎีที่เป็นอิสระจากพื้นหลังจะมีเพียงประเภทหลังเท่านั้น เห็นได้ชัดว่าทฤษฎีที่ขึ้นอยู่กับพื้นหลังคือทฤษฎีที่มีทั้งประเภทแรกและประเภทหลัง" ^{[ 1 ]}

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปความเป็นอิสระจากพื้นหลังถูกระบุว่าเป็นคุณสมบัติที่เมตริกของปริภูมิเวลาเป็นคำตอบของสมการไดนามิก^{[ 2 ]}ในกลศาสตร์คลาสสิกไม่เป็นเช่นนั้น เมตริกถูกกำหนดโดยนักฟิสิกส์เพื่อให้ตรงกับการสังเกตการณ์เชิงทดลอง ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากรูปแบบของเมตริกส่งผลกระทบต่อการทำนายทางฟิสิกส์ แต่ทฤษฎีเองไม่ได้ทำนายรูปแบบนั้น

การแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าทฤษฎีต้องเป็นอิสระจากพื้นหลังนั้นเป็นข้อกำหนดด้านสุนทรียศาสตร์มากกว่าด้านกายภาพ มันคล้ายคลึงและเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับข้อกำหนดในเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ที่ว่าสมการจะต้องเขียนในรูปแบบที่ไม่ขึ้นอยู่กับการเลือกแผนภูมิและการฝังพิกัด หากมีรูปแบบที่เป็นอิสระจากพื้นหลังอยู่ มันจะนำไปสู่สมการที่ง่ายขึ้นและสง่างามมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ไม่มีเนื้อหาทางกายภาพใด ๆ ในการกำหนดให้ทฤษฎีต้องแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเป็นอิสระจากพื้นหลังตัวอย่างเช่น สมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสามารถเขียนใหม่ในพิกัดท้องถิ่นได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความหมายทางกายภาพ

แม้ว่าการทำให้คุณสมบัติปรากฏชัดเจนจะเป็นเพียงเรื่องของสุนทรียภาพ แต่ก็เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าทฤษฎีนั้นมีคุณสมบัติดังกล่าวจริง ตัวอย่างเช่น หากทฤษฎีถูกเขียนขึ้นในลักษณะที่แสดงให้เห็นว่าไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การแปลงลอเรนซ์ เราสามารถตรวจสอบได้ในทุกขั้นตอนเพื่อให้แน่ใจว่าความไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การแปลงลอเรนซ์ยังคงอยู่ การทำให้คุณสมบัติปรากฏชัดเจนยังทำให้เห็นได้ชัดเจนว่าทฤษฎีนั้นมีคุณสมบัติดังกล่าวจริงหรือไม่ ความไม่สามารถทำให้กลศาสตร์คลาสสิกแสดงความไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การแปลงลอเรนซ์ได้อย่างชัดเจนไม่ได้สะท้อนถึงการขาดจินตนาการของนักทฤษฎี แต่เป็นลักษณะทางกายภาพของทฤษฎีต่างหาก เช่นเดียวกับการทำให้กลศาสตร์คลาสสิกหรือแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ขึ้นอยู่กับพื้นหลัง

เนื่องจากงานวิจัยด้านควอนตัมแรงโน้มถ่วงเป็นเรื่องที่ยังอยู่ในเชิงคาดการณ์ จึงมีการถกเถียงกันอย่างมากเกี่ยวกับการนำหลักการความเป็นอิสระจากพื้นหลังมาใช้ให้ถูกต้อง ท้ายที่สุดแล้ว คำตอบจะถูกตัดสินโดยการทดลอง แต่จนกว่าการทดลองจะสามารถตรวจสอบปรากฏการณ์ควอนตัมแรงโน้มถ่วงได้ นักฟิสิกส์ก็ต้องพอใจกับการถกเถียงกันไปก่อน ด้านล่างนี้คือบทสรุปโดยย่อของแนวทางหลักสองแนวทางในการศึกษาควอนตัมแรงโน้มถ่วง

นักฟิสิกส์ได้ศึกษาแบบจำลองของแรงโน้มถ่วงควอนตัม 3 มิติ ซึ่งเป็นปัญหาที่ง่ายกว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัม 4 มิติมาก (เนื่องจากใน 3 มิติ แรงโน้มถ่วงควอนตัมไม่มีระดับความเป็นอิสระเฉพาะที่) ในแบบจำลองเหล่านี้ มีแอมพลิจูดการเปลี่ยนผ่านที่ไม่เป็นศูนย์ระหว่างโทโพโลยีที่แตกต่างกันสองแบบ^{[ 3 ]}หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ โทโพโลยีเปลี่ยนแปลง ผลลัพธ์นี้และผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันอื่นๆ ทำให้นักฟิสิกส์เชื่อว่าทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่สอดคล้องกันใดๆ ควรจะรวมการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีเป็นกระบวนการไดนามิกด้วย

• การสร้างสามเหลี่ยมเชิงพลวัตเชิงสาเหตุ
• ไม่ต้องระบุพิกัด
• ความแปรปรวนร่วมทั่วไป
• ทฤษฎีสนามควอนตัม

• Rozali, M. (2009). "ความคิดเห็นเกี่ยวกับความเป็นอิสระของพื้นหลังและความซ้ำซ้อนของเกจ" จดหมายวิทยาศาสตร์ขั้นสูง 2 ( 2): 244– 250. arXiv : 0809.3962 . doi : 10.1166/asl.2009.1031 . S2CID 119111777 . 
• Smolin, L. (2005). "ข้อโต้แย้งเรื่องความเป็นอิสระของพื้นหลัง". arXiv : hep-th/0507235 .
• Colosi, Daniele; Doplicher, Luisa; Fairbairn, Winston; Modesto, Leonardo; Noui, Karim; Rovelli, Carlo (21 กรกฎาคม 2548). "ความเป็นอิสระของพื้นหลังโดยสังเขป: พลวัตของทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า". แรงโน้มถ่วงคลาสสิกและควอนตัม 22 ( 14): 2971– 2989. arXiv : gr-qc/0408079 . Bibcode : 2005CQGra..22.2971C . CiteSeerX 10.1.1.339.4684 . doi : 10.1088/0264-9381/22/14/008 . OSTI 20663623 . S2CID 17317614 .   
• Witten, E. (1993). "ความเป็นอิสระของพื้นหลังควอนตัมในทฤษฎีสตริง". arXiv : hep-th/9306122 .
• Stachel, J. (1993). "ความหมายของความแปรปรวนทั่วไป: เรื่องราวของหลุม"ใน Earman, J.; Janis, A.; Massey, G. & Rescher, N. (บรรณาธิการ). ปัญหาเชิงปรัชญาของโลกภายในและภายนอก: บทความเกี่ยวกับปรัชญาของ Adolf Grünbaumสำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กหน้า129–160 . ISBN  0822937387.
• Stachel, J. (1994). "การเปลี่ยนแปลงในแนวคิดเรื่องพื้นที่และเวลาที่เกิดจากทฤษฎีสัมพัทธภาพ"ใน Gould, CC & Cohen, RS (eds.). สิ่งประดิษฐ์ การนำเสนอ และการปฏิบัติทางสังคม Kluwer Academicหน้า141–162 . ISBN  0792324811.
• Zahar, E. (1989). การปฏิวัติของไอน์สไตน์: การศึกษาเชิงฮิวริสติก . สำนักพิมพ์ Open Court . ISBN 0812690664.