Какова цель модифицированных теорий ОТО?

Закончив вводный курс по ОТО, я начал немного читать о модифицированных ОТО, особенно о f(R) ОТО и скалярно-тензорных теориях.

Однако я не могу понять привлекательность этих теорий. Изучаются ли они исключительно ради того, чтобы их изучать, или для этого есть глубинные причины?

Например, в теории Бранса-Дикке казалось бы, что она совместима с параметрами ППШ только при некоторых «неестественных» значениях ее параметров ( ю в моем учебнике). Кроме того, мне кажется, что она не расширяет общую теорию относительности в том смысле, что она изо всех сил пытается объяснить, что изящно делает ОТО, и не дает ничего нового для «проблемных» частей ОТО (а именно, инфляции, темной материи или космологической постоянной). .

Я что-то пропустил? Если вопрос слишком широк, я согласен с ответом, касающимся только теории Бранса-Дикке. Я просто хочу знать, преследуют ли эти теории конкретную цель, или они просто разработаны для «исследования» возможных альтернатив ОТО без какой-либо реальной цели.

Редактировать: Первоначально, когда я еще изучал ОТО и только слышал о модифицированных теориях, я думал, что их цель состояла в том, чтобы дать теорию, которая не требовала бы темной материи или космологической постоянной для объяснения наблюдений или не требовала бы инфлатона. поле для возникновения инфляции и так далее. Теперь, немного прочитав эту тему, у меня сложилось впечатление, что немногие изучают эти возможности, отсюда и мой вопрос. Пожалуйста, обратите внимание, что я только недавно начал читать на эту тему, поэтому, возможно, я получил совершенно неправильное представление.

Ну, я полагаю, если G когда-либо будет измеряться как изменяющееся, нам, возможно, придется снова взглянуть на Бранса-Дикке?
Но, насколько мне известно, этому нет доказательств, так как во всех учебниках приписывался аргумент Дирака о том, что некоторое отношение фундаментальных констант равно 1. Но, честно говоря, это могло бы объяснить это. Но как насчет изобилия теорий f(R)? Есть ли у каждого из них конкретная цель, как у Бранса-Дикке, который хочет объяснить (возможное) изменение G ?
В результате введения произвольной скалярной функции Риччи может появиться свобода объяснения ускоренного расширения и структурообразования Вселенной без добавления неизвестных форм темной энергии или темной материи. (Я на самом деле ничего не знаю об этом, я просто процитировал это en.wikipedia.org/wiki/F(R)_gravity - надеюсь, это поможет)

Ответы (2)

Во-первых, нет причин, по которым все возможные члены высшего порядка действия Эйнштейна-Гильберта в принципе не могли бы существовать. При низких энергиях влияние этих членов более высокого порядка было бы менее важным, и для описания всех наших астрофизических наблюдений (на которых основана Общая теория относительности) нам может быть достаточно использования только членов низшего порядка в лагранжиане, что дает низкоэнергетическое эффективное описание эквивалентно нормальному GR.

Когда мы переходим к более высоким энергиям, (квантовая теория) гравитации, описываемая действием Эйнштейна-Гильберта, неперенормируема, и ей потребуются все эти возможные члены более высокого порядка в качестве контрчленов, что снова указывает на то, что все эти члены более высокого порядка могут существовать. в квантовой теории гравитации. Это часть мотивации к обучению. ф ( р ) теории гравитации. Теория струн также порождает члены более высокого порядка в действии Эйнштейна-Гильберта, поэтому большинство специалистов в этой области считают, что эти члены могут быть там (по вышеупомянутым причинам).

Кроме того, одна из наиболее известных инфляционных моделей (с использованием скалярного поля с потенциалом медленного вращения), известная как модель Старобинского, может быть получена из расширенной теории гравитации, включающей только следующий старший кубический член в р .

С "=" 1 2 ∫ г 4 Икс ( р + р 2 6 М 2 )
Это усиливает подозрение, что правильная квантовая теория гравитации, описывающая полную квантово-механическую динамику пространства-времени, включая космическую инфляцию в ранней Вселенной, действительно может содержать (многие) из этих терминов более высокого порядка.

С использованием ф ( р ) теорий в попытке объяснить темную материю, как правило, сложнее, поскольку ф ( р ) при малой кривизне сведется к ОТО (что снова сведется к закону тяготения Ньютона). Теории, которые пытаются объяснить темную материю с помощью модифицированных теорий гравитации, должны давать другой закон тяготения Ньютона при низких энергиях и поэтому известны как теории MOND (модифицированная ньютоновская динамика).

Так что, казалось бы, моя первая интуиция о цели этих теорий была верна... Но я не знал об этой модели (я сосредоточился, пока не узнал больше о скалярно-тензорных теориях). Знаете ли вы, каковы прогнозируемые параметры PPN? Или газета, которая говорит о них
См. небольшой обзор использования формализма PPN (а также пост-Минковского, PPM) в f(R)-гравитации, например, в диссертации в UNC на cdr.lib.unc.edu/indexablecontent/… . Отзывов на него много. Формализм важен для этих теорий, потому что для слабой гравитации они должны соответствовать ОТО, и, таким образом, для наблюдений Солнечной системы и других приближений слабой гравитации они должны соответствовать ОТО, при этом значительно отклоняясь при более высоких энергиях или более сильных гравитационных полях. Существуют некоторые существенные наблюдательные ограничения. Вы можете погуглить f(R)
См. также другую статью от 2013 года об ограничениях на модифицированные теории гравитации, включая скалярно-тензорную и f(R) (или, по крайней мере, некоторые теории f(R)). Справедливо отметить, что скалярные тензорные теории и раньше во многих случаях исключались данными, и теперь они изобрели способ экранировать скалярное поле и исследовать эти варианты. Во многом альтернативные теории объясняют темную материю и энергию, поскольку мы до сих пор не нашли ответственных частиц в темной материи, а темная энергия сложнее. iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/779/1/39/meta
Спасибо за эти ссылки, посмотрю. Это было моей главной заботой в теории скалярных тензоров, тот факт, что параметр PPN 1 − γ ≈ 10 − 5 ограничивает ю к "нелепым" значениям...

Однако я не могу понять привлекательность этих теорий [модифицированной гравитации]. Изучаются ли они исключительно ради их изучения, или для этого есть глубинные причины?

Люди изучают такие теории по разным причинам. Вот список с некоторыми мотивами, в основном из космологии, почему это популярное поле исследований за последние несколько десятилетий:

  • Ускоренное расширение Вселенной . Это часто называют самой большой загадкой современной космологии. Наблюдения до сих пор хорошо описываются добавлением простой космологической постоянной к общей теории относительности, но она страдает от некоторых теоретических проблем, таких как ее чрезвычайно точное значение. Это побудило людей взглянуть на альтернативные объяснения, такие как модифицированная гравитация (помимо многих других вещей). Ускоренное расширение является космологическим эффектом, а ОТО действительно хорошо проверена только в малых масштабах, поэтому естественно задаться вопросом, не может ли этот эффект быть вызван модификациями гравитации (хотя до сих пор большинство предложенных моделей создают больше проблем, чем решают). ).

Обзор см.: Клифтон, Феррейра, Падилья и Скордис «Модифицированная гравитация и космология» .

  • Испытание гравитации в новых режимах . Гравитация очень хорошо тестирует Солнечную систему, но связанные с ней масштабы длины ничтожны по сравнению с размером наблюдаемой Вселенной. С текущими и предстоящими крупными космологическими исследованиями мы, наконец, в состоянии получить ограничения с высокой точностью (на уровне процентов) на то, как гравитация действует в самых больших масштабах во Вселенной. Это либо укрепит доказательства общей теории относительности, либо продемонстрирует доказательства новой физики. Всякий раз, когда мы тестируем модель, всегда очень полезно иметь в наличии альтернативные модели. Это дает нам возможность протестировать ее, и альтернативные модели могут показать новые интересные эффекты, которые могут привести нас к совершенно новым способам проверки нашей стандартной модели.

Обзор см.: Уилл «Противостояние общей теории относительности и эксперимента» ; Кояма «Космологические тесты модифицированной гравитации» ; Джайн «Новые исследования гравитации и темной энергии»

  • Открытие механизмов экранирования Это связано с пунктом выше. Одна из первых скалярно-тензорных теорий (см. Бранс "Корни скалярно-тензорной теории: приблизительная история"), обнаруженный Джорданом-Брансом-Дике, уже не так интересен, поскольку он ограничен настолько близко к ОТО, что его модификации крошечны почти во всех ситуациях (плюс неестественно большое значение параметра JBD). Однако можно построить более сложные скалярно-тензорные теории, обладающие тем свойством, что они могут скрывать свои модификации в областях (относительно) высокой плотности, тем самым избегая жестких ограничений Солнечной системы на гравитацию, и в то же время порождая большие отклонения от ОТО в космологических масштабах. Это открыло дверь для многих различных типов интересных сигнатур, которые можно было искать в наблюдениях (а также в лабораторных экспериментах на Земле, см., например, Burrage and Copeland «Using Atom Interferometry to Detect Dark Energy» ,«Численные прогнозы для лабораторных экспериментов, ограничивающих модифицированную гравитацию» ).

Обзор см.: Джойс, Джейн, Хури и Тродден «За пределами космологической стандартной модели» ; См. 1312.2006 для введения на низком уровне.

  • Темная материя . Возможно, это было основной причиной, положившей начало современному интересу к модифицированной гравитации. В 1980-х годах было обнаружено, что можно описать кривые вращения галактик с помощью очень простой модификации закона тяготения Ньютона вместо частиц темной материи. Эти предложения уже не так популярны после того, как было обнаружено, что обычно для объяснения всех наблюдений нужно добавлять немного настоящей темной материи, но люди все еще работают над этим.

Некоторые статьи: Милгром «Модификация ньютоновской динамики как возможная альтернатива гипотезе скрытой массы» ; Бекенштейн «Релятивистская теория гравитации для парадигмы МОНД» ; «Миметическая темная материя»

  • Теоретические мотивы. Помимо очевидных: проблемы космологической постоянной и квантовой гравитации, есть и другие интересные теоретические проблемы, к которым могли бы иметь отношение модификации гравитации. Например, массивная гравитация, ОТО с термином массы для гравитона, должна была десятилетиями страдать от нестабильности. Около десяти лет назад первоначальные теоретические препятствия, стоявшие на пути построения последовательной теории массивной гравитации, были преодолены (но с появлением новых проблем). Это дало новую надежду на непротиворечивую теорию массивного гравитона. К этому можно было бы также добавить открытие теорий с большими дополнительными измерениями (моделей мира на бране), которые были довольно популярны в середине 2000-х годов и привели к большому количеству исследований (в основном потому, что они имели механизмы, обеспечивающие самоускорение Вселенной, но также и ибо это чисто теоретические свойства).

Обзор см.: де Рам «Массивная гравитация» ; Двали, Габададзе и Поррати «Четырехмерная гравитация на бране в пятимерном пространстве Минковского»

Какова цель модифицированных теорий ОТО?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v