stringtranslate.com

Двойная специальная теория относительности

Двойная специальная теория относительности [1] [2] ( DSR ) — также называемая деформированной специальной теорией относительности или, по мнению некоторых [ кем? ] , экстра-специальной теорией 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 шкала энергии ( энергия Планка ) и/или минимальная шкала длины ( длина Планка ). [3] Это контрастирует с другими теориями , нарушающими Лоренца , такими как Расширение Стандартной Модели , где инвариантность Лоренца вместо этого нарушается наличием предпочтительной системы отсчета . Основной мотивацией этой теории является то, что энергия Планка должна быть шкалой, в которой становятся важными пока неизвестные эффекты квантовой гравитации , и из-за инвариантности физических законов эта шкала должна оставаться фиксированной во всех инерциальных системах отсчета. [4]

История

Первые попытки модифицировать специальную теорию относительности путем введения длины, не зависящей от наблюдателя, были предприняты Павлопулосом (1967), который оценил эту длину примерно в10 −15  метров . [5] [6] В контексте квантовой гравитации Джованни Амелино-Камелия (2000) ввел то , что сейчас называется двойной специальной теорией относительности, предложив конкретную реализацию сохранения инвариантности длины Планка. 1,616 255 × 10 −35  м . [7] [8] Это было переформулировано Ковальски-Гликманом (2001) в терминах независимой от наблюдателя массы Планка . [9] Другая модель, вдохновленная моделью Амелино-Камелии, была предложена в 2001 году Жуаном Магейжу и Ли Смолином , которые также сосредоточились на инвариантности энергии Планка . [10] [11]

Было установлено, что на самом деле существует три вида деформации специальной теории относительности, которые позволяют достичь инвариантности энергии Планка: либо как максимальной энергии, либо как максимального импульса, либо и того, и другого. Модели DSR, возможно, связаны с петлевой квантовой гравитацией в 2+1 измерениях (два пространства, одно время), и было высказано предположение, что связь также существует в 3+1 измерениях. [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 ; устанавливая масштаб, в котором эффекты квантовой гравитации не могут быть проигнорированы, и новые явления могут стать важными. Если специальная теория относительности должна точно соответствовать этому масштабу, разные наблюдатели будут наблюдать эффекты квантовой гравитации в разных масштабах из-за сокращения Лоренца-Фицджеральда , что противоречит принципу, согласно которому все инерциальные наблюдатели должны иметь возможность описывать явления одними и теми же физическими законами. Эта мотивация подверглась критике на том основании, что результат преобразования Лоренца сам по себе не представляет собой наблюдаемое явление. [4] DSR также страдает от нескольких несоответствий в формулировках, которые еще предстоит разрешить. [14] [15] В частности, трудно восстановить стандартное поведение преобразования для макроскопических тел, известное как проблема футбольного мяча. [16] Другая концептуальная трудность заключается в том, что DSR априори сформулирована в импульсном пространстве . На данный момент не существует последовательной формулировки модели в позиционном пространстве .

Прогнозы

Эксперименты, проведенные до настоящего времени, не выявили противоречий специальной теории относительности.

Первоначально предполагалось, что обычная специальная теория относительности и двойная специальная теория относительности будут делать различные физические предсказания в высокоэнергетических процессах и, в частности, вывод предела ГЗК для энергий космических лучей от удаленных источников будет недействительным. Однако теперь установлено, что стандартная двойная специальная теория относительности не предсказывает никакого подавления обрезания ГЗК, в отличие от моделей, где существует абсолютная локальная система покоя , 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 есть изменения в первом порядке энергии по массе Планка, эта зависимость от энергии будет наблюдаться в высокоэнергетических фотонах , достигающих Земли от далеких гамма-всплесков . В зависимости от того, увеличивается или уменьшается теперь зависящая от энергии скорость света с энергией (модельно-зависимая особенность), высокоэнергетические фотоны будут быстрее или медленнее, чем низкоэнергетические. [17] Однако эксперимент Fermi-LAT в 2009 году измерил фотон с энергией 31 ГэВ, который почти одновременно прибыл с другими фотонами из того же всплеска, что исключило такие эффекты дисперсии даже выше энергии Планка. [18] Более того, утверждалось, что DSR с зависящей от энергии скоростью света является непоследовательным, и эффекты первого порядка уже исключены, потому что они привели бы к нелокальным взаимодействиям частиц, которые давно бы наблюдались в экспериментах по физике элементарных частиц. [19]

Теория относительности де Ситтера

Поскольку группа де Ситтера естественным образом включает инвариантный параметр длины, относительность де Ситтера можно интерпретировать как пример двойной специальной теории относительности, поскольку пространство-время де Ситтера включает инвариантную скорость, а также параметр длины. Однако есть фундаментальное различие: в то время как во всех моделях двойной специальной теории относительности симметрия Лоренца нарушается, в теории относительности де Ситтера она остается физической симметрией. Недостатком обычных моделей двойной специальной теории относительности является то, что они справедливы только в энергетических масштабах, где обычная специальная теория относительности должна нарушаться, порождая лоскутную относительность. С другой стороны, относительность де Ситтера оказывается инвариантной при одновременном изменении масштаба массы, энергии и импульса и, следовательно, справедлива во всех энергетических масштабах.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Амелино-Камелия, Джованни (1 ноября 2009 г.). «Doubly-Special Relativity: Facts, Myths and Some Key Open Issues». Последние разработки в теоретической физике . Статистическая наука и междисциплинарные исследования. Том 9. С. 123–170. arXiv : 1003.3942 . doi :10.1142/9789814287333_0006. ISBN 978-981-4287-32-6. S2CID  118855372.
  2. ^ Амелино-Камелия, Джованни (1 июля 2002 г.). «Doubly Special Relativity». Nature . 418 (6893): 34–35. arXiv : gr-qc/0207049 . Bibcode :2002Natur.418...34A. doi :10.1038/418034a. PMID  12097897. S2CID  16844423.
  3. ^ Амелино-Камелия, Г. (2010). «Дважды специальная теория относительности: факты, мифы и некоторые ключевые открытые вопросы». Симметрия . 2 (4): 230–271. arXiv : 1003.3942 . Bibcode : 2010rdtp.book..123A. doi : 10.3390/sym2010230 .
  4. ^ ab Hossenfelder, S. (2006). "Интерпретация квантовых теорий поля с минимальной шкалой длины". Physical Review D. 73 ( 10): 105013. arXiv : hep-th/0603032 . Bibcode : 2006PhRvD..73j5013H. doi : 10.1103/PhysRevD.73.105013. S2CID  34343593.
  5. ^ Павлопулос, TG (1967). «Нарушение лоренц-инвариантности». Physical Review . 159 (5): 1106–1110. Bibcode : 1967PhRv..159.1106P. doi : 10.1103/PhysRev.159.1106.
  6. ^ Павлопулос, TG (2005). «Наблюдаем ли мы нарушение Лоренца в гамма-всплесках?». Physics Letters B. 625 ( 1–2): 13–18. arXiv : astro-ph/0508294 . Bibcode : 2005PhLB..625...13P. doi : 10.1016/j.physletb.2005.08.064. S2CID  609286.
  7. ^ Амелино-Камелия, Г. (2001). «Проверяемый сценарий для теории относительности с минимальной длиной». Physics Letters B. 510 ( 1–4): 255–263. arXiv : hep-th/0012238 . Bibcode : 2001PhLB..510..255A. doi : 10.1016/S0370-2693(01)00506-8. S2CID  119447462.
  8. ^ Амелино-Камелия, Г. (2002). «Относительность в пространстве-времени со структурой на коротких расстояниях, управляемой независимой от наблюдателя (планковской) шкалой длины». International Journal of Modern Physics D . 11 (1): 35–59. arXiv : gr-qc/0012051 . Bibcode :2002IJMPD..11...35A. doi :10.1142/S0218271802001330. S2CID  16161466.
  9. ^ Ковальски-Гликман, Дж. (2001). «Независимый от наблюдателя квант массы». Physics Letters A. 286 ( 6): 391–394. arXiv : hep-th/0102098 . Bibcode : 2001PhLA..286..391K. doi : 10.1016/S0375-9601(01)00465-0. S2CID  118984500.
  10. ^ Magueijo, J.; Smolin, L (2002). "Лоренц-инвариантность с инвариантной шкалой энергии". Physical Review Letters . 88 (19): 190403. arXiv : hep-th/0112090 . Bibcode : 2002PhRvL..88s0403M. doi : 10.1103/PhysRevLett.88.190403. PMID  12005620. S2CID  14468105.
  11. ^ Magueijo, J.; Smolin, L (2003). "Обобщенная лоренц-инвариантность с инвариантной шкалой энергии". Physical Review D. 67 ( 4): 044017. arXiv : gr-qc/0207085 . Bibcode : 2003PhRvD..67d4017M. doi : 10.1103/PhysRevD.67.044017. S2CID  16998340.
  12. ^ Амелино-Камелия, Джованни; Смолин, Ли; Стародубцев, Артем (2004). «Квантовая симметрия, космологическая постоянная и феноменология масштаба Планка». Классическая и квантовая гравитация . 21 (13): 3095–3110. arXiv : hep-th/0306134 . Bibcode :2004CQGra..21.3095A. doi :10.1088/0264-9381/21/13/002. S2CID  15024104.
  13. ^ Фрейдель, Лоран; Ковальски-Гликман, Ежи; Смолин, Ли (2004). "2+1 гравитация и дважды специальная теория относительности". Physical Review D. 69 ( 4): 044001. arXiv : hep-th/0307085 . Bibcode : 2004PhRvD..69d4001F. doi : 10.1103/PhysRevD.69.044001. S2CID  119509057.
  14. ^ Алоизио, Р.; Галанте, А.; Грилло, А.Ф.; Луцио, Э.; Мендес, Ф. (2004). «Приближение пространства-времени через скорость в двойной специальной теории относительности». Physical Review D. 70 ( 12): 125012. arXiv : gr-qc/0410020 . Bibcode : 2004PhRvD..70l5012A. doi : 10.1103/PhysRevD.70.125012. S2CID  2111595.
  15. ^ Алоизио, Р.; Галанте, А.; Грилло, А.Ф.; Луцио, Э.; Мендес, Ф. (2005). «Заметка о подходе DSR к пространству-времени». Physics Letters B. 610 ( 1–2): 101–106. arXiv : gr-qc/0501079 . Bibcode : 2005PhLB..610..101A. doi : 10.1016/j.physletb.2005.01.090. S2CID  119346228.
  16. ^ Хоссенфельдер, Сабина (9 июля 2014 г.). "Проблема футбольного мяча". Симметрия, интегрируемость и геометрия: методы и приложения . 10 : 74. arXiv : 1403.2080 . Bibcode : 2014SIGMA..10..074H. doi : 10.3842/SIGMA.2014.074. S2CID  14373748. Архивировано из оригинала 19 марта 2022 г. Получено 16 апреля 2022 г.
  17. ^ Амелино-Камелия, Г.; Смолин, Л. (2009). «Перспективы ограничения дисперсии квантовой гравитации с помощью ближнесрочных наблюдений». Physical Review D. 80 ( 8): 084017. arXiv : 0906.3731 . Bibcode : 2009PhRvD..80h4017A. doi : 10.1103/PhysRevD.80.084017. S2CID  9533538.
  18. ^ Fermi LAT Collaboration (2009). «Ограничение изменения скорости света, возникающее из-за эффектов квантовой гравитации». Nature . 462 (7271): 331–334. arXiv : 0908.1832 . Bibcode :2009Natur.462..331A. doi :10.1038/nature08574. PMID  19865083. S2CID  205218977.
  19. ^ Хоссенфельдер, С. (2009). «Проблема ящика в деформированной специальной теории относительности». arXiv : 0912.0090 [gr-qc].

Дальнейшее чтение