Теория Эйнштейна-эфира

В физике теория эфира Эйнштейна , также называемая эфирией , — это название, придуманное в 2004 году для модификации общей теории относительности , которая имеет предпочтительную систему отсчета и, следовательно, нарушает лоренц-инвариантность . Эти общековариантные теории описывают пространство-время, наделенное как метрикой , так и единичным времениподобным векторным полем, называемым эфиром . Эфир . в этой теории представляет собой «векторное поле, нарушающее Лоренц» не связанный со старыми светоносного эфира теориями ; Слово «Эйнштейн» в названии теории происходит от использования общего уравнения относительности Эйнштейна.

Связь с другими теориями гравитации

Теория эфира Эйнштейна — это альтернативная теория гравитации, которая добавляет векторное поле к общей теории относительности. Существуют также модификации скалярного поля, включая теорию Бранса-Дикке , все они включены в теорию Хорндески . В другом направлении существуют теории, которые добавляют тензорные поля под названием « Биметрическая гравитация» или могут быть добавлены как скалярные, так и векторные поля, как в теории «Тензор-вектор-скалярная гравитация» .

История

Название «теория Эйнштейна-эфира» было придумано в 2004 году Т. Джейкобсоном и Д. Маттингли. Этот тип теории возник в 1970-х годах в результате работы К.М.Уилла и К. Нордтведта-младшего по теориям гравитационно-связанных векторных полей.

В 1980-х годах Маурицио Гасперини добавил скалярное поле , которое интуитивно соответствовало универсальному понятию времени к метрике общей теории относительности . Такая теория будет иметь предпочтительную систему отсчета , в которой универсальное время является фактическим временем.

В 2000 году Тед Джейкобсон и Дэвид Мэттингли разработали модель, позволяющую изучать последствия предпочтительных фреймов. Их теория содержит меньше информации, чем теория Гасперини, вместо скалярного поля, дающего универсальное время, она содержит только поле единичного вектора , задающее направление времени. Таким образом, согласно теории Джейкобсона-Мэттингли, наблюдатели, которые следят за эфиром в разных точках, не обязательно будут стареть с одинаковой скоростью. В 2008 году Тед Джейкобсон представил отчет о состоянии теории эфира Эйнштейна.

Нарушение симметрии Лоренца

Существование предпочтительного динамического вектора времени нарушает лоренцеву симметрию теории, точнее, нарушает инвариантность при повышении . Это нарушение симметрии может привести к механизму Хиггса для гравитона, который изменит физику больших расстояний и, возможно, даст объяснение недавним данным о сверхновых , которые в противном случае можно было бы объяснить с помощью космологической постоянной . Эффект нарушения лоренц-инвариантности в квантовой теории поля имеет долгую историю, восходящую, по крайней мере, к работе Маркуса Фирца и Вольфганга Паули в 1939 году. Недавно он вновь обрел популярность, например, благодаря статье « Эффективная теория поля для массивных гравитонов и гравитации». «Теория космоса» в книге Нимы Аркани-Хамед , Говарда Джорджи и Мэтью Шварца. Теории эфира Эйнштейна представляют собой конкретный пример теории с нарушенной лоренц-инвариантностью и поэтому оказались естественной основой для таких исследований.

Действие

Обычно считается, что действие теории эфира Эйнштейна состоит из суммы действия Эйнштейна-Гильберта с множителем Лагранжа λ, который гарантирует, что вектор времени является единичным вектором, а также со всеми ковариантными членами, включающими вектор времени u. но имеющее не более двух производных.

В частности, предполагается, что действие можно записать в виде интеграла от локальной лагранжевой плотности

$S={\frac {1}{16\pi G_{N}}}\int d^{4}x{\sqrt {-g}}{\mathcal {L}}$

где G _N — постоянная Ньютона , а g — метрика с сигнатурой Минковского . Лагранжева плотность равна

${\mathcal {L}}=-R-K_{mn}^{ab}\nabla _{a}u^{m}\nabla _{b}u^{n}-\lambda (g_{ab}u^{a}u^{b}-1).$

Здесь R — скаляр Риччи , $\nabla$ — ковариантная производная , а тензор K определяется формулой

$K_{mn}^{ab}=c_{1}g^{ab}g_{mn}+c_{2}\delta _{m}^{a}\delta _{n}^{b}+c_{3}\delta _{n}^{a}\delta _{m}^{b}+c_{4}u^{a}u^{b}g_{mn}.$

Здесь c _i — безразмерные регулируемые параметры теории.

Решения

Звезды

Было найдено несколько сферически-симметричных решений ae-теории. Совсем недавно Кристофер Элинг и Тед Джейкобсон нашли решения, напоминающие звезды. и решения, напоминающие черные дыры .

В частности, они продемонстрировали, что не существует сферически-симметричных решений, в которых звезды полностью построены из эфира. Решения без дополнительной материи всегда имеют либо голые особенности , либо две асимптотические области пространства-времени, напоминающие червоточину , но без горизонта . Они утверждали, что статические звезды должны иметь статические эфирные растворы, а это означает, что эфир указывает в направлении времениподобного вектора убийства .

Черные дыры и потенциальные проблемы

Однако это трудно совместить со статическими черными дырами, поскольку на горизонте событий нет доступных времениподобных векторов Киллинга, и поэтому решения для черных дыр не могут иметь статические эфиры. Таким образом, когда звезда коллапсирует, образуя черную дыру, эфир каким-то образом должен в конечном итоге стать статичным даже очень далеко от коллапса.

Кроме того, тензор напряжений явно не удовлетворяет уравнению Райчаудхури , необходимо прибегнуть к уравнениям движения. Это контрастирует с теориями без эфира, где это свойство не зависит от уравнений движения.

Экспериментальные ограничения

В статье 2005 года Нима Аркани-Хамед , Синь-Чиа Ченг, Маркус Люти и Джесси Талер исследовали экспериментальные последствия нарушения симметрии наддува, свойственной теориям эфира. Они обнаружили, что образующийся бозон Голдстоуна приводит, среди прочего, к новому виду черенковского излучения .

Кроме того, они утверждали, что источники спина будут взаимодействовать посредством новой силы обратных квадратов с очень необычной угловой зависимостью. Они предполагают, что открытие такой силы было бы очень убедительным доказательством теории эфира, хотя и не обязательно теории Джейкобсона и др.

См. также

• Теории эфира
• Современные поиски нарушения Лоренца