Может ли существовать теория "массивной гравитации"? - физиков.нет
Купить гитару в Москве
2 голосов
/

Если мы говорим о «квантовой теории» общей теории относительности, мы знаем, что частица, которая опосредует гравитационную силу, будет так называемая гравитон, безмассовая частица со спином $2$.

Интересно, может ли (и сработает ли это) существовать и другая теория, например, "массивная гравитация", сила которой опосредована массивным бозоном (возможно, не таким массивным, даже небольшой массой). Что бы это значило?

Ответы [ 2 ]

4 голосов
/

Причина, по которой гравитон считается безмассовым, заключается в том, что диапазон действия гравитационной силы бесконечен и падает как 1 / r. Полный вывод этого требует большого знания релятивистской квантовой теории поля, но я попытаюсь мотивировать это, используя основную квантовую механику и специальные принципы относительности.

Принцип неопределенности Гейзенберга говорит нам, что

$$ \Delta E \Delta T ≥ \hbar $$

Это тогда можно интерпретировать следующим образом: мы можем заимствовать энергию $\Delta E$ из вселенной до тех пор, пока мы отдаем ее в течение времени $\Delta T$.

Из этого следует $$\Delta T = \frac{\hbar}{mc^2}$$ где m - масса частицы, которая опосредует взаимодействие, а c - скорость света, максимальная скорость, с которой движется эта частица. (Мы использовали $E = mc^2$ здесь)

Диапазон силы тогда пропорционален $\Delta T$, потому что это расстояние, которое наша промежуточная частица может пройти за это время.

Теперь мы знаем, что гравитация действует в бесконечном диапазоне, из этого следует, что $\Delta T = \infty $ и, следовательно, m = 0.

Итак, пока мы не обнаружим что-то противоречащее тому, что гравитация действует в бесконечном диапазоне, это заставляет нас выбирать безмассовые гравитоны, когда мы говорим о гравитационно-опосредующей частице.

2 голосов
/

Хорошо известно, что если сила тяжести - это «сила дальнего действия», то масса его квантов равна нулю. Это гравитон. Извините термин в кавычках, это самый простой способ сказать то, что известно. Это действительно означает, что гравитационное поле на бесконечности в асимптотическом плоском пространстве-времени идет как 1 / r

Но дело в том, что масса гравитона действительно может быть больше 0, но очень и очень мала, и все наблюдения и измерения, когда-либо сделанные на гравитации, не обнаружат никакого отклонения. Текущие ограничения на его массу из всех наблюдений / измерений таковы, что масса должна быть меньше 10 до минус 22 эв. Это очень мало. Самые строгие ограничения были установлены астрономическими наблюдениями. Но вскоре мы будем наблюдать возможные последствия и сможем установить предел ниже на порядки, если он действительно равен 0. Эти предстоящие измерения будут получены из наблюдений гравитационных волн на космических спутниках eLISA, которые будут составляют 3-х конечный интерферометр в космосе с проходами интерферометра в 1 миллион километров. Он должен быть запущен в ближайшие несколько лет. Это большее расстояние увеличит чувствительность и позволит гораздо более длинным волнам наблюдать гравитационные волны. Это будет существенным улучшением чувствительности по сравнению с наземными размерами ног на 5 км, которые сделали первое прямое обнаружение гравитационных волн в 2016 году, объявленное в феврале этого года.

Новые пределы будут основаны на поиске дисперсии в наблюдаемых гравитационных волнах, что означает слегка отличающиеся скорости, измеренные на разных частотах. Это будет так чувствительно. Он также будет наблюдать эти волны от двойных сливающихся сверхмассивных черных дыр гораздо дольше, вплоть до месяцев, поэтому большое количество данных для статистического усреднения также.

Эти измерения будут искать множество других возможных отклонений от общей теории относительности, и это будет сделано в области сильной гравитации, где первые постньютоновские приближения не подойдут. Он также сможет обнаружить более высокие мультипольные моменты из этих черных дыр в фазе слияния и кольцевого сброса, и, таким образом, увидеть оба динамических эффекта оседания в черных дырах Керра без волос. Он увидит любые отклонения от теоремы об отсутствии волос, вплоть до предела чувствительности. Он сможет проверить другие теории гравитации, такие как сильная гравитация. Некоторые скалярные массивные спины 0 плюс 2 спина 2 также могут быть исключены или найдены доказательства этой возможности. Он сможет видеть космологические гравитационные волны и любые волны, испускаемые некоторыми реликвиями Большого взрыва, такими как космическая струна, если таковые вообще существовали.

Со временем появятся еще большие обсерватории на основе гравитационно-волновых пространств с более длинными ногами и еще большей чувствительностью

Дело в том, что да, есть некоторые теории, которые допускают ненулевые гравитоны массы, и которые не были исключены, и они будут исследованы, и если масса действительно равна 0, ограничения массы станут более строгими. По крайней мере, мы будем наблюдать множество деталей этих волн во многих астрофизических и космологически предсказанных или ожидаемых объектах. Кто-то назвал некоторые из этих измерений «гравитационной спектроскопией» (извините, я могу вспомнить, кто, но это было связано с квазинормальными модами в кольцевом режиме черной дыры после слияния.

Точно так же, как считается, что нейтрино имеет очень маленькую массу, мы все еще недостаточно знаем о гравитации или квантовой гравитации, чтобы точно знать, с полной точностью и теоретической согласованностью, для гравитона. Тем не менее, на данный момент, все измерения и наблюдения, а также принятая теория, обнаружили, что это большой ноль.

Просто настройтесь со временем.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...