Двойная специальная теория относительности
Двойная специальная теория относительности [1] [2] ( DSR ) – также называемая деформированной специальной теорией относительности или, некоторыми [ ВОЗ? ] , экстраспециальная теория относительности – это модифицированная теория специальной теории относительности , в которой существует не только независимая от наблюдателя максимальная скорость ( скорость света ), но также независимая от наблюдателя максимальная энергетическая шкала ( энергия Планка ) и/или минимальный масштаб длины ( планковская длина ). [3] Это контрастирует с другими теориями, нарушающими Лоренц , такими как расширение стандартной модели , где лоренц-инвариантность вместо этого нарушается наличием предпочтительной системы отсчета . Основная мотивация этой теории состоит в том, что энергия Планка должна быть масштабом, в котором становятся важными еще неизвестные эффекты квантовой гравитации , и из-за инвариантности физических законов этот масштаб должен оставаться фиксированным во всех инерциальных системах отсчета. [4]
История [ править ]
Первые попытки модифицировать специальную теорию относительности путем введения длины, не зависящей от наблюдателя, были предприняты Павлопулосом (1967), который оценил эту длину примерно в 10 −15 метры . [5] [6] В контексте квантовой гравитации (2000) ввел то , Джованни Амелино-Камелия что сейчас называется двойной специальной теорией относительности, предложив конкретную реализацию сохранения инвариантности планковской длины 1,616 255 × 10. −35 м . [7] [8] , независимой от наблюдателя Это было переформулировано Ковальским-Гликманом (2001) в терминах планковской массы . [9] Другая модель, вдохновленная моделью Амелино-Камелии, была предложена в 2001 году Жоау Магейхо и Ли Смолином , которые также сосредоточились на инвариантности энергии Планка . [10] [11]
Было осознано, что действительно существуют три вида деформации специальной теории относительности, которые позволяют достичь инвариантности планковской энергии; либо как максимальная энергия, либо как максимальный импульс, либо и то, и другое. Модели DSR, возможно, связаны с петлевой квантовой гравитацией в измерениях 2+1 (два пространства, одно время), и было высказано предположение, что эта связь также существует в измерениях 3+1. [12] [13]
Мотивация этих предложений в основном теоретическая и основана на следующем наблюдении: ожидается, что энергия Планка будет играть фундаментальную роль в теории квантовой гравитации ; установление масштаба, при котором эффектами квантовой гравитации нельзя пренебрегать и новые явления могут стать важными. Если специальная теория относительности должна соответствовать именно этому масштабу, разные наблюдатели будут наблюдать эффекты квантовой гравитации в разных масштабах из-за сжатия Лоренца-Фитцджеральда , что противоречит принципу, согласно которому все инерциальные наблюдатели должны быть способны описывать явления одними и теми же физическими методами. законы. Эта мотивация подвергалась критике на том основании, что результат преобразования Лоренца сам по себе не представляет собой наблюдаемого явления. [4] DSR также страдает от ряда несоответствий в формулировках, которые еще предстоит устранить. [14] [15] В частности, трудно восстановить стандартное поведение трансформации макроскопических тел, известное как задача о футбольном мяче. [16] Другая концептуальная трудность заключается в том, что DSR априори формулируется в импульсном пространстве . На данный момент не существует последовательной формулировки модели в позиционном пространстве .
Прогнозы [ править ]
Эксперименты на сегодняшний день не выявили противоречий со специальной теорией относительности.
Первоначально предполагалось, что обычная специальная теория относительности и двойная специальная теория относительности позволят сделать различные физические предсказания в процессах высоких энергий и, в частности, вывод ограничения ГЗК на энергии космических лучей из удаленных источников не будет действительным. Однако теперь установлено, что стандартная двойная специальная теория относительности не предсказывает никакого подавления обрезания GZK, в отличие от моделей, в которых абсолютная локальная система покоя существует , таких как эффективные теории поля , такие как расширение стандартной модели .
Поскольку DSR в общем (хотя и не обязательно) подразумевает зависимость скорости света от энергии, было также предсказано, что, если существуют изменения первого порядка по энергии по планковской массе, эта энергетическая зависимость будет наблюдаться в высокоэнергетических средах. фотоны , достигающие Земли от далеких гамма-всплесков . В зависимости от того, увеличивается или уменьшается теперь зависящая от энергии скорость света с увеличением энергии (зависящая от модели особенность), фотоны с высокой энергией будут быстрее или медленнее, чем фотоны с более низкой энергией. [17] Однако в эксперименте Fermi-LAT в 2009 году был измерен фотон с энергией 31 ГэВ, который прибыл почти одновременно с другими фотонами из того же всплеска, что исключило такие эффекты дисперсии даже выше планковской энергии. [18] Более того, утверждалось, что DSR с зависящей от энергии скоростью света является противоречивым и эффекты первого порядка уже исключены, поскольку они могут привести к нелокальным взаимодействиям частиц, которые уже давно наблюдались в экспериментах по физике элементарных частиц. [19]
Де Теория относительности Ситтера
Поскольку группа де Ситтера естественным образом включает в себя инвариантный параметр длины, относительность де Ситтера можно интерпретировать как пример двойной специальной теории относительности, поскольку пространство-время де Ситтера включает в себя инвариантную скорость, а также параметр длины. Однако есть фундаментальное отличие: в то время как во всех моделях двойной специальной теории относительности симметрия Лоренца нарушается, в теории относительности де Ситтера она остается физической симметрией. Недостаток обычных моделей двойной специальной теории относительности состоит в том, что они действительны только на энергетических уровнях, где обычная специальная теория относительности должна нарушаться, приводя к появлению лоскутной теории относительности. С другой стороны, теория относительности де Ситтера оказывается инвариантной при одновременном изменении масштаба массы, энергии и импульса и, следовательно, справедлива на всех энергетических уровнях.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Амелино-Камелия, Джованни (1 ноября 2009 г.). «Двойная специальная теория относительности: факты, мифы и некоторые ключевые открытые проблемы». Последние достижения в теоретической физике . Статистическая наука и междисциплинарные исследования. Том. 9. стр. 123–170. arXiv : 1003.3942 . дои : 10.1142/9789814287333_0006 . ISBN 978-981-4287-32-6 . S2CID 118855372 .
- ^ Амелино-Камелия, Джованни (1 июля 2002 г.). «Двойная специальная теория относительности». Природа . 418 (6893): 34–35. arXiv : gr-qc/0207049 . Бибкод : 2002Natur.418...34A . дои : 10.1038/418034a . ПМИД 12097897 . S2CID 16844423 .
- ^ Амелино-Камелия, Г. (2010). «Двойная специальная теория относительности: факты, мифы и некоторые ключевые открытые проблемы» . Симметрия . 2 (4): 230–271. arXiv : 1003.3942 . Бибкод : 2010rdtp.book..123A . дои : 10.3390/sym2010230 .
- ^ Перейти обратно: а б Хоссенфельдер, С. (2006). «Интерпретация квантовых теорий поля с минимальной шкалой длины». Физический обзор D . 73 (10): 105013. arXiv : hep-th/0603032 . Бибкод : 2006PhRvD..73j5013H . дои : 10.1103/PhysRevD.73.105013 . S2CID 34343593 .
- ^ Павлопулос, Т.Г. (1967). «Нарушение лоренц-инвариантности». Физический обзор . 159 (5): 1106–1110. Бибкод : 1967PhRv..159.1106P . дои : 10.1103/PhysRev.159.1106 .
- ^ Павлопулос, Т.Г. (2005). «Мы наблюдаем нарушение Лоренца в гамма-всплесках?». Буквы по физике Б. 625 (1–2): 13–18. arXiv : astro-ph/0508294 . Бибкод : 2005PhLB..625...13P . дои : 10.1016/j.physletb.2005.08.064 . S2CID 609286 .
- ^ Амелино-Камелия, Г. (2001). «Проверяемый сценарий относительности минимальной длины». Буквы по физике Б. 510 (1–4): 255–263. arXiv : hep-th/0012238 . Бибкод : 2001PhLB..510..255A . дои : 10.1016/S0370-2693(01)00506-8 . S2CID 119447462 .
- ^ Амелино-Камелия, Г. (2002). «Относительность в пространстве-времени со структурой коротких расстояний, управляемой независимой от наблюдателя (планковской) шкалой длины». Международный журнал современной физики Д. 11 (1): 35–59. arXiv : gr-qc/0012051 . Бибкод : 2002IJMPD..11...35A . дои : 10.1142/S0218271802001330 . S2CID 16161466 .
- ^ Ковальски-Гликман, Дж. (2001). «Независимый от наблюдателя квант массы». Буквы по физике А. 286 (6): 391–394. arXiv : hep-th/0102098 . Бибкод : 2001PhLA..286..391K . дои : 10.1016/S0375-9601(01)00465-0 . S2CID 118984500 .
- ^ Магейхо, Дж.; Смолин Л (2002). «Лоренц-инвариантность с инвариантной шкалой энергии». Письма о физических отзывах . 88 (19): 190403. arXiv : hep-th/0112090 . Бибкод : 2002PhRvL..88s0403M . doi : 10.1103/PhysRevLett.88.190403 . ПМИД 12005620 . S2CID 14468105 .
- ^ Магейхо, Дж.; Смолин Л (2003). «Обобщенная лоренц-инвариантность с инвариантной шкалой энергии». Физический обзор D . 67 (4): 044017. arXiv : gr-qc/0207085 . Бибкод : 2003PhRvD..67d4017M . дои : 10.1103/PhysRevD.67.044017 . S2CID 16998340 .
- ^ Амелино-Камелия, Джованни; Смолин, Ли; Стародубцев, Артем (2004). «Квантовая симметрия, космологическая постоянная и феноменология планковского масштаба». Классическая и квантовая гравитация . 21 (13): 3095–3110. arXiv : hep-th/0306134 . Бибкод : 2004CQGra..21.3095A . дои : 10.1088/0264-9381/21/13/002 . S2CID 15024104 .
- ^ Фрейдель, Лоран; Ковальский-Гликман, Ежи; Смолин, Ли (2004). «2+1 гравитация и дважды специальная теория относительности». Физический обзор D . 69 (4): 044001. arXiv : hep-th/0307085 . Бибкод : 2004PhRvD..69d4001F . дои : 10.1103/PhysRevD.69.044001 . S2CID 119509057 .
- ^ Алоизио, Р.; Галанте, А.; Грилло, А.Ф.; Луцио, Э.; Мендес, Ф. (2004). «Приближение к пространству-времени через скорость в двойной специальной теории относительности». Физический обзор D . 70 (12): 125012. arXiv : gr-qc/0410020 . Бибкод : 2004PhRvD..70l5012A . дои : 10.1103/PhysRevD.70.125012 . S2CID 2111595 .
- ^ Алоизио, Р.; Галанте, А.; Грилло, А.Ф.; Луцио, Э.; Мендес, Ф. (2005). «Заметка о подходе к пространству-времени, подобном DSR». Буквы по физике Б. 610 (1–2): 101–106. arXiv : gr-qc/0501079 . Бибкод : 2005PhLB..610..101A . дои : 10.1016/j.physletb.2005.01.090 . S2CID 119346228 .
- ^ Хоссенфельдер, Сабина (9 июля 2014 г.). «Проблема футбольного мяча» . Симметрия, интегрируемость и геометрия: методы и приложения . 10 : 74.arXiv : 1403.2080 . Бибкод : 2014SIGMA..10..074H . дои : 10.3842/SIGMA.2014.074 . S2CID 14373748 . Архивировано из оригинала 19 марта 2022 года . Проверено 16 апреля 2022 г.
- ^ Амелино-Камелия, Г.; Смолин, Л. (2009). «Перспективы ограничения дисперсии квантовой гравитации с помощью краткосрочных наблюдений». Физический обзор D . 80 (8): 084017. arXiv : 0906.3731 . Бибкод : 2009PhRvD..80х4017A . дои : 10.1103/PhysRevD.80.084017 . S2CID 9533538 .
- ^ Сотрудничество Ферми ЛАТ (2009). «Предел изменения скорости света, возникающий из-за эффектов квантовой гравитации». Природа . 462 (7271): 331–334. arXiv : 0908.1832 . Бибкод : 2009Natur.462..331A . дои : 10.1038/nature08574 . ПМИД 19865083 . S2CID 205218977 .
- ^ Хоссенфельдер, С. (2009). «Проблема ящика в деформированной специальной теории относительности». arXiv : 0912.0090 [ gr-qc ].
Дальнейшее чтение [ править ]
- Амелино-Камелия, Г. (2002). «Двойная специальная теория относительности: первые результаты и ключевые открытые проблемы». Международный журнал современной физики Д. 11 (10): 1643–1669. arXiv : gr-qc/0210063 . Бибкод : 2002IJMPD..11.1643A . дои : 10.1142/S021827180200302X . S2CID 43004370 .
- Амелино-Камелия, Г. (2002). «Относительность: Особый подход». Природа . 418 (6893): 34–35. arXiv : gr-qc/0207049 . Бибкод : 2002Natur.418...34A . дои : 10.1038/418034a . ПМИД 12097897 . S2CID 16844423 .
- Кардоне, Ф .; Миньяни, Р. (2004). Энергия и геометрия: введение в деформированную специальную теорию относительности . Всемирная научная . ISBN 981-238-728-5 .
- Джафари, Н.; Шариати, А. (2006). «Двойная специальная теория относительности: новая теория относительности или нет?». Материалы конференции AIP . Том. 841. стр. 462–465. arXiv : gr-qc/0602075 . дои : 10.1063/1.2218214 .
- Ковальски-Гликман, Дж. (2005). «Введение в двойную специальную теорию относительности». Эффекты планковского масштаба в астрофизике и космологии . Конспект лекций по физике. Том. 669. стр. 131–159. arXiv : hep-th/0405273 . дои : 10.1007/b105189 . ISBN 978-3-540-25263-4 .
- Смолин, Ли. (2006). «Глава 14. Опираясь на Эйнштейна». Проблемы с физикой: расцвет теории струн, падение науки и что будет дальше . Бостон, Массачусетс: Хоутон Миффлин. ISBN 978-0-618-55105-7 . OCLC 64453453 . Смолин пишет для непрофессионала краткую историю развития ДСР и ее связь с теорией струн и космологией .