Как частицы могут объяснить искривление пространства-времени?

Классическая общая теория относительности основывается на идее, что то, что мы называем гравитацией, на самом деле является одним из свойств самого пространства-времени. Распределение материи определяет метрику с помощью уравнений поля Эйнштейна и, следовательно, связанной с ними связи Леви-Чивиты, которая говорит о том, как частицы движутся на таком фоне.

Но классическая электродинамика другая. Мы представляем себе пространство-время уже существующим, а затем представляем себе электромагнитное поле как нечто «поверх» фонового пространства-времени.

Таким образом, переход к КЭД, где электромагнитное взаимодействие превращается в обмен фотонами, не так уж и странен. Вместо значения поля для каждого события мы постоянно обмениваемся фотонами на этом пространственно-временном фоне.

Теперь кажется вполне общепринятым, что квантовая теория гравитации будет иметь один соответствующий гравитон, который, как я полагаю, будет опосредовать гравитационную силу посредством обмена такими частицами.

Но в гравитации все по-другому. Гравитация — это не сила, это свойство пространства-времени.

  1. Как гравитация может быть описана обменом частицами, если это свойство пространства-времени, а не сила?

  2. Как вообще может происходить этот обмен частицами, если фона в этом случае нет? Я считаю, что гравитация и пространство-время каким-то образом неразделимы, т. е. если нет классической гравитации, то нет и пространства-времени.

  3. Как можно объяснить геометрию пространства-времени (многообразие с метрикой и связью) с обменом частицами?

Поскольку идея гравитона кажется довольно общепринятой (мне кажется, люди говорят, что теоретически она хороша, просто она не была обнаружена), я полагаю, что на эти вопросы есть, по крайней мере, правдоподобные ответы.

Процитирую одного из моих любимых людей (Джона Даффилда): «Карта — это не территория». Искривленное пространство-время является моделью . На самом деле вы не можете поверить, что пространство-время является гладким многообразием. (Что это вообще значит?) «Гравитация — это искривление пространства-времени» — это просто лозунг ОТО, это не реальность.
Что ж, я знаю, что представление пространства-времени в виде гладкого многообразия — это модель, но если мы говорим о частицах, распространяющихся и обменивающихся частицами, которые опосредуют силы, я считаю, что должен быть фон. Если пространство-время математически не представлено в виде гладкого многообразия, что тогда делать? Потому что для выполнения самых простых вещей, таких как разговор о гладких тензорных полях, требуется эта структура, и КТП построена поверх нее.
Считается, что гравитоны приблизительно описывают квантованное гравитационное взаимодействие в режиме, где средняя геометрия - Минковский. Полная непертурбативная теория гравитации еще не известна, и совсем не ясно, будут ли гравитоны играть в ней фундаментальную роль.
Если пространство-время математически не представлено в виде гладкого многообразия, что тогда делать? Найдите лучшую модель/теорию. Это скорее болтовня/философское (бойкое) замечание, но, хотя всем нам нужна основа, придется чем-то пожертвовать, чтобы ее получить. Я не хочу обидеть, но для меня нет смысла принимать стандартную модель, ну, модель, но затем пытаться навязать ее пространству-времени с каким-либо аспектом абсолютности. Очень трудно отказаться от представления о пространстве-времени как о непрерывном четырехмерном контейнере, но это такая же модель, как и любая другая.

Ответы (1)

Гравитоны являются результатом прямого применения пертурбативного квантования к общей теории относительности. Поскольку и пертурбативная КТП, и ОТО являются краткими и известными физическими теориями, которые были проверены в многочисленных экспериментах, мало сомнений в том, что гравитоны обнаруживаются, когда мы проводим высокоэнергетические (по сравнению с БАК, но низкоэнергетические по сравнению с планковским масштабом) эксперименты с сила тяжести.

В теории возмущений всегда интересуют малые возмущения поля вокруг среднего значения, задаваемого классическим решением. ГР не исключение; в приближении теории возмущений мы моделируем метрику пространства-времени как

г мю ν ( Икс ) "=" η мю ν + час мю ν ( Икс )

для маленьких час , и работать в степенях час . Обратите внимание, что это нарушает независимость от фона и геометрическую интерпретацию ОТО, но мы не должны ожидать, что приближение сохранит ее.

Мы знаем, что пертурбативная квантовая общая теория относительности неперенормируема. С точки зрения Вильсона это в значительной степени означает, что существует область применимости, за пределами которой ему больше нельзя доверять. Этот домен всегда отождествлялся со шкалой Планка.

Подводя итог: широко распространено мнение, что пертурбативная квантовая общая теория относительности является достоверным описанием силы тяготения в низкоэнергетическом режиме и моделирует гравитационное поле с помощью частиц, называемых гравитонами. Классическая общая теория относительности — это еще одно приближение, моделирующее то же поле в несколько ином режиме (сильные, но классические гравитационные поля).

Если таковые имеются, гравитоны играют интересную роль в большинстве современных моделей квантовой гравитации: они служат своего рода проверкой здравомыслия. Разумная квантовая теория гравитации должна давать ОТО в классическом пределе и пертурбативную ОТО с гравитонами в пределе малых флуктуаций геометрии. И теория струн, и петлевая квантовая гравитация дают гравитоны в некотором пределе.

Как частицы могут объяснить искривление пространства-времени?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v