ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม ก รา วิตอนเป็นอนุภาคพื้นฐาน สมมุติ ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางของแรงปฏิสัมพันธ์โน้มถ่วง มันเป็นควอนตัมของพลังงานคลื่นโน้มถ่วง^{[ 5 ]}ไม่มีทฤษฎีสนามควอนตัม ที่สมบูรณ์ ของกราวิตอนเนื่องจากปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขของการปรับค่าใหม่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปปัญหานี้ถูกหลีกเลี่ยงในทฤษฎีสตริงซึ่งมีกราวิตอนเป็น สถานะ ไร้มวลของสตริงพื้นฐาน แต่ทฤษฎีนั้นยังไม่ก้าวหน้าเพียงพอ

หากมีอยู่จริง คาดว่ากราวิตอนจะไม่มีมวลเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีระยะทำการที่ยาวมากและดูเหมือนว่าจะแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง กราวิตอนจะต้องเป็นโบซอนสปิน -2 เพราะแหล่งกำเนิดของแรงโน้มถ่วงคือเทนเซอร์พลังงานความเครียด ซึ่ง เป็นเทนเซอร์อันดับสอง(เมื่อเทียบกับโฟตอนสปิน -1 ของแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแหล่งกำเนิดคือกระแสสี่เท่าซึ่งเป็นเทนเซอร์อันดับแรก) นอกจากนี้ ยังสามารถแสดงได้ว่าสนามสปิน -2 ที่ไม่มีมวลใดๆ จะก่อให้เกิดแรงที่ไม่สามารถแยกแยะได้จากแรงโน้มถ่วง เนื่องจากสนามสปิน -2 ที่ไม่มีมวลจะเชื่อมต่อกับเทนเซอร์พลังงานความเครียดในลักษณะเดียวกับที่ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงทำ ผลลัพธ์นี้ชี้ให้เห็นว่า หากมีการค้นพบอนุภาคสปิน -2 ที่ไม่มีมวล มันจะต้องเป็นกราวิตอน^{[ 6 ]}

มีการตั้งสมมติฐานว่าอนุภาคพื้นฐานที่ยังไม่ถูกค้นพบเป็นตัวกลางในการปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเรียกว่ากราวิตอน แรงธรรมชาติอีกสามแรง ที่รู้จักกันนั้นถูกไกล่เกลี่ยโดยอนุภาคพื้นฐาน ได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้าโดยโฟตอนแรงปฏิสัมพันธ์แบบแรงโดยกลูออนและแรงปฏิสัมพันธ์แบบอ่อนโดยโบซอน W และ Zแรงทั้งสามดูเหมือนจะได้รับการอธิบายอย่างถูกต้องโดยแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ใน ขีดจำกัดแบบคลาสสิก ทฤษฎีกราวิตอนที่ประสบความสำเร็จจะลดลงเหลือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งตัวมันเองก็จะลดลงเหลือกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันในขีดจำกัดสนามอ่อน^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์กล่าวถึงการแผ่รังสีแรงโน้มถ่วงแบบควอนตัมในปี พ.ศ. 2459 ซึ่งเป็นปีถัดจากปีที่เขาตีพิมพ์ทฤษฎี สั มพัทธภาพทั่วไป^{[ 10 ] : 525} คำว่ากราวิตอนถูกบัญญัติขึ้นในปี พ.ศ. 2477 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียตดมิทรี บล็อกฮินท์เซฟและฟีโอดอร์ กัลเปริน [ ^{3 ] [ 10 ] พอ}ล ดิแรกได้นำคำนี้กลับมาใช้ใหม่ในการบรรยายหลายครั้งในปี พ.ศ. 2492 โดยสังเกตว่าพลังงานของสนามโน้มถ่วงควรมาในรูปของควอนตัม^{[ 11 ] [ 12 ]}ปิแอร์-ไซมอน ลาปลาซได้คาดการณ์ถึงการไกล่เกลี่ยปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงโดยอนุภาคไว้แล้ว^{[ 13 ]}เช่นเดียวกับที่นิวตันคาดการณ์ถึงโฟตอนลาปลาซคาดการณ์ว่า "กราวิตอน" มีความเร็วมากกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศซึ่งเป็นความเร็วของกราวิตอนที่คาดหวังไว้ในทฤษฎีสมัยใหม่ และไม่ได้เชื่อมโยงกับกลศาสตร์ควอนตัมหรือทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเนื่องจากเขามาก่อนทฤษฎีเหล่านี้ถึงหนึ่งศตวรรษ ${\displaystyle c}$

เมื่ออธิบายปฏิสัมพันธ์ของกราวิตอน ทฤษฎีคลาสสิกของไดอะแกรมไฟน์แมนและการแก้ไขแบบกึ่งคลาสสิก เช่นไดอะแกรมแบบหนึ่งลูปจะทำงานตามปกติ อย่างไรก็ตาม ไดอะแกรมไฟน์แมนที่มีอย่างน้อยสองลูปจะนำไปสู่ความแตกต่างในอัลตราไวโอเลต^{[ 14 ]}ผลลัพธ์อนันต์เหล่านี้ไม่สามารถลบออกได้เนื่องจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแบบ ควอนตัม ไม่สามารถปรับค่าใหม่ได้แบบรบกวน ซึ่งแตกต่างจากควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิก ส์ และแบบจำลองต่างๆ เช่นทฤษฎีหยาง-มิลส์ดังนั้นจึงพบคำตอบที่คำนวณไม่ได้จากวิธีการรบกวนซึ่งนักฟิสิกส์ใช้คำนวณความน่าจะเป็นที่อนุภาคจะปล่อยหรือดูดซับกราวิตอน และทฤษฎีจะสูญเสียความถูกต้องในการทำนาย ปัญหาเหล่านี้และกรอบการประมาณค่าเสริมเป็นพื้นฐานที่จะแสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องมีทฤษฎีที่เป็นเอกภาพมากกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแบบควอนตัมเพื่ออธิบายพฤติกรรมใกล้ระดับพลังค์

แม้ว่ากราวิตอนจะถูกสันนิษฐานว่าไม่มีมวลแต่พวกมันก็ยังคงมีพลังงานเช่นเดียวกับอนุภาคควอนตัมอื่นๆ^{[ 15 ]}พลังงานโฟตอนและพลังงานกลูออนก็ถูกนำพาโดยอนุภาคที่ไม่มีมวลเช่นกัน

อีกทางเลือกหนึ่งหากกราวิตอนมีมวลจริงการวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วงจะให้ขอบเขตบนใหม่สำหรับมวล ของกราวิตอน ความยาวคลื่นคอมป์ตันของกราวิตอนมีค่าอย่างน้อยที่สุด1.6 × 10¹⁶ เมตร หรือประมาณ 1.6 ^ปีแสงซึ่งสอดคล้องกับมวลของกราวิตอนที่ไม่เกิน7.7 × 10 ⁻²³  eV/ c ² . ^{[ 16 ]}ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นและมวล-พลังงานนี้คำนวณโดยใช้ความสัมพันธ์ของพลังค์-ไอน์สไตน์ซึ่งเป็นสูตรเดียวกันกับที่เชื่อมโยงความยาว คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กับพลังงานโฟตอน

การตรวจจับกราวิตอนแต่ละตัวอย่างชัดเจน แม้ว่าจะไม่ถูกห้ามโดยกฎพื้นฐานใดๆ ก็ตาม ถือว่าเป็นไปไม่ได้ด้วยเครื่องตรวจจับที่สมเหตุสมผลทางกายภาพใดๆ^{[ 17 ]}เหตุผลก็คือพื้นที่หน้าตัด ที่ต่ำมาก สำหรับการปฏิสัมพันธ์ของกราวิตอนกับสสาร ตัวอย่างเช่น เครื่องตรวจจับที่มีมวล เท่ากับ ดาวพฤหัสบดีและประสิทธิภาพ 100% ซึ่งวางอยู่ในวงโคจรใกล้ ดาวนิวตรอน จะคาดว่าจะสังเกตเห็นกราวิตอนเพียงหนึ่งตัวทุกๆ 10 ปี แม้ภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยที่สุดก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่จะแยกแยะเหตุการณ์เหล่านี้ออกจากพื้นหลังของนิวตริโนเนื่องจากขนาดของเกราะนิวตริโนที่จำเป็นจะทำให้เกิดการยุบตัวเป็นหลุมดำ^{[ 17 ]}มีการเสนอว่าการตรวจจับควอนตัมจะทำให้การตรวจจับกราวิตอนแต่ละตัวเป็นไปได้^{[ 5 ]} แม้แต่เหตุการณ์ควอนตัมก็อาจไม่บ่งชี้ถึงการควอนตั มของรังสีโน้มถ่วง^{[ 18 ]}

การสังเกตการณ์ของกลุ่มความร่วมมือ LIGOและVirgoได้ ตรวจพบ คลื่นความโน้มถ่วงโดยตรง^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} แม้ว่าการทดลองเหล่านี้จะไม่สามารถตรวจจับกราวิตอนแต่ละตัวได้^{[ 22 ]} แต่ ก็อาจให้ข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติบางอย่างของกราวิตอนได้ ตัวอย่างเช่น หากสังเกตเห็นว่าคลื่นความโน้มถ่วงแพร่กระจายช้ากว่าc ( ความเร็วแสงในสุญญากาศ) นั่นจะหมายความว่ากราวิตอนมีมวล (อย่างไรก็ตาม คลื่นความโน้มถ่วงจะต้องแพร่กระจายช้ากว่าcในบริเวณที่มีความหนาแน่นมวลไม่เป็นศูนย์จึงจะสามารถตรวจจับได้) ^{[ 23 ]}นอกจากนี้ ในกรณีที่มีคลื่นความโน้มถ่วงอยู่ ควรจะสามารถสังเกต (ผ่านการรบกวนหรือผลกระทบจากการเต้นหลังจากสายหน่วงเวลา) สัญญาณของการปล่อยหรือการดูดซับกราวิตอนแบบกระตุ้นด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันได้^{[ 24 ]}การสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงทำให้มีขีดจำกัดบนของ1.76 × 10 ⁻²³  eV/ c ²บนมวลของกราวิตอน^{[ 25 ]}

การวัดวิถีโคจรของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะโดยภารกิจอวกาศ เช่นแคสสินีและเมสเซนเจอร์ให้ค่าขอบเขตบนที่เทียบเคียงได้3.16 × 10 ⁻²³  eV/ c ² . ^{[ 26 ]}คลื่นความโน้มถ่วงและปฏิทินดาวเคราะห์ไม่จำเป็นต้องตรงกัน: พวกมันทดสอบแง่มุมที่แตกต่างกันของทฤษฎีศักยภาพที่อิงตามกราวิตอน^{[ 27 ] : 71}

การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของกาแล็กซี โดยเฉพาะปัญหาการหมุนของกาแล็กซีและพลศาสตร์นิวตันที่ปรับปรุงแล้วอาจชี้ให้เห็นถึงกราวิตอนที่มีมวลไม่เป็นศูนย์^{[ 28 ] [ 29 ]}

ทฤษฎีส่วนใหญ่ที่กล่าวถึงกราวิตอนประสบปัญหาอย่างหนัก ความพยายามที่จะขยายแบบจำลองมาตรฐานหรือทฤษฎีสนามควอนตัมอื่นๆ โดยการเพิ่มกราวิตอนเข้าไปนั้น พบกับความยากลำบากทางทฤษฎีอย่างมากที่พลังงานใกล้เคียงหรือสูงกว่าระดับพลังค์ค่าอนันต์เกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบทางควอนตัม ในทางเทคนิคแล้ว แรงโน้มถ่วงไม่สามารถปรับค่าใหม่ได้เนื่องจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแบบคลาสสิกและกลศาสตร์ควอนตัมดูเหมือนจะไม่เข้ากันที่พลังงานดังกล่าว สถานการณ์นี้จึงไม่สามารถยอมรับได้จากมุมมองทางทฤษฎี

วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้วิธีหนึ่งคือการแทนที่อนุภาคด้วยสตริงสตริงเป็นวงรอบหนึ่งมิติที่หลีกเลี่ยงการล divergence โดยการกระจายปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วง อนุภาคที่ระบุว่าเป็นกราวิตอนปรากฏในทฤษฎีสตริงที่มีปฏิสัมพันธ์ระยะไกลที่อธิบายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป น่าเสียดายที่แบบจำลองที่อิงตามสตริงได้รับการพัฒนาสำหรับสตริงที่มีปฏิสัมพันธ์อ่อนๆ เพียงไม่กี่สตริงเท่านั้น^{[ 30 ]}

• อนุภาคกราวิตอนคู่  – อนุภาคสมมุติที่พบในสภาวะแรงโน้มถ่วงสูงยิ่งยวด
• กราวิติโน  – ซูเปอร์พาร์ทเนอร์สมมุติของกราวิตอน
• แรงโน้มถ่วงแม่เหล็กไฟฟ้า  – ความคล้ายคลึงกันระหว่างสมการสนามของแม็กซ์เวลล์และไอน์สไตน์
• หน่วยของพลังค์  – หน่วยที่กำหนดโดยค่าคงที่ทางฟิสิกส์เท่านั้น
• สุญญากาศที่สามารถเกิดการโพลาไรซ์ได้  – ทฤษฎีแรงโน้มถ่วง
• ทฤษฎีบทกราวิตอนอ่อน  – ทฤษฎีบททางฟิสิกส์
• แรงสถิตและการแลกเปลี่ยนอนุภาคเสมือน  – ปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพในฟิสิกส์ยุคหลังคลาสสิก

Wikiversity มีแหล่งข้อมูลการเรียนรู้เกี่ยวกับGraviton

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับกราวิตอน

• กราวิตอนในรายการIn Our Timeทางช่องBBC