Википедија

Гравитон

У теоријама квантне гравитације, гравитон је хипотетички квант гравитације, елементарна честица која посредује гравитациону силу. Не постоји потпуна теорије квантног поља гравитона услед нерешеног математичког проблема везаног за ренормализацију у општој теорији релативности. У теорији струна, за коју се сматра да је конзистентна теорија квантне гравитације, гравитон је безмасено стање фундаменталне струне.

Гравитон
КомпозицијаЕлементарна честица
СтатистикеБозе-Ајнштајнова статистика
ИнтеракцијеГравитација
СтатусХипотетичан
СимболГ[1]
АнтичестицаСелф
Теорије1930-е[2]
Назив се приписује Дмитрију Блокхинтсеву и Ф. M. Галперину у 1934. години[3]
Маса0
Средњи полуживотСтабилан
Наелектрисање0 е
Спин2

Ако постоји, претпоставља се да је гравитон без масе, јер гравитационе силе делују на веома дугим опсезима и шире се брзином светлости. Гравитон мора бити спин-2 бозон, јер је извор гравитације енергетско-импулсни тензор, тензор другог реда (у поређењу са спин-1 фотоном електромагнетизма, чији извор је четвороточна струја, која је тензор првог реда). Додатно, може се показати да свако безмасено спин-2 поље може да произведе силу која се не разликује од гравитације, зато што би се безмасено спин-2 поље спрегло са енергетско-импулсним тензором на исти начин као и гравитационе интеракције. Овај резултат сугерише да, ако се открије безмасена спин-2 честица, она мора бити гравитон.[4]

Теорија уреди

Постоје хипотезе према којима су гравитационе интеракције посредоване са једном до сада неоткривеном елементарном честицом, названом гравитон. Три друге познате силе природе су посредоване елементарним честицама: електромагнетизам фотоном, јака интеракција глуонима, и слаба интеракција са W и З бозонима. Све три од ових сила су прецизно описане помоћу стандардног модела физике елементарних честица. Унутар класичних граница, успешна теорија гравитона би била редукона на општу релативност, која сама бива редукована на Њутнов закон гравитације у границама слабог поља.[5][6][7]

Термин гравитон су оригинално сковали 1934. године совјетски физичари Дмитри Блокхинтсев и Ф. Галперин.[3]

Гравитони и ренормализација уреди

При описивању гравитонских интеракција, класична теорија Фејнманових дијаграма, и семикласичне корекције као што су дијаграми са једном петљом нормално се понашају. Међутим, Фејнманови дијаграми са бар две петље доводе до ултраљубичасте дивергенције. Ови бесконачни резултати се не могу уклонити зато што квантизована генерална релативност није пертурбативно ренормализабилна, за разлику од квантно електродинамичких модела као што је Јанг-Милсова теорија. Неирачунљиви одговори се добијају из пертурбационог метода помоћу којег физичари израчунавају вероватноћу да честица емитује или апсорбује гравитоне, и консеквентно теорија губи веродостојност предвиђања. Ови проблеми и комплементарни апроксимациони оквир су основа да се покаже да је теорија која је у већој мери уједињена него квантизована генерална релативност неопходна да се опише понашање у близини Планкове скале.

Упоређење са другим силама уреди

Попут носилаца других сила (погледајте наелектрисане црне рупе), гравитација игра улогу у општој релативности, у дефинисању простор-времена у коме се догађаји одвијају. У појединим описима енергија модификује „облик” самог простора-времена, и гравитација је резултат тог облика, што је идеја коју је на први поглед тешко ускладити са идејом силе која делује између две честице.[8] Дифеоморфична инваријантност теорије не дозвољава било којој просторно-временској залеђини да буде издвојена као „истинска” просторно-временска залеђина, те је стога општа релативност независна од позадине. У контрасту с тим стандардни модел није независтан од позадине, и Минковскијев простор има специјални статус простора-времена са фиксном позадином.[9] Теорија квантне гравитације је неопходна да би се помириле разлике.[10] Отворено је питање да ли ова теорија треба да буде независна од залеђине. Одговор на то питање ће одредити наше разумевање специфичне улоге гравитације у судбини свемира.[11]

Гравитони у спекулативним теоријама уреди

Теорија струна предвиђа постојање гравитона и њихове добро дефиниране интеракције. Гравитон у пертурбативној теорији струна је затворена струна у веома специфичном ниско-енергијском вибрационом стању. Расипање гравитона у теорији струна такође се може израчунати из корелационих функција у теорији конформалног поља, као што је диктирано AdS/CFT кореспонденцијом, или из теорије матрица.

Карактеристика гравитона у теорији струна је да, као затворени низови без крајњих тачака, они нису везани за бране и могу се слободно кретати између њих. Ако живимо на брани (као што је претпостављено теоријама бране), ово „цурење” гравитона из бране у вишедимензионални простор могло би да објасни зашто је гравитација тако слаба сила, а гравитони из других брана у близини наше могу пружити потенцијално објашњење за тамну материју. Међутим, ако би се гравитони потпуно слободно кретали између брана, дошло би до превеликог разблажења гравитације, што би узроковало кршење Њутновог закона инверзних квадрата. Да би решила тај проблем, Лиза Рандал је постулирала да би трострука брана (попут наше) имала своју гравитациону силу, која спречава слободно кретање гравитона, што може да доведе до разређене гравитације коју уочавамо, уз грубо одржавање Њутновог закона инверзних квадрата.[12] Погледајте бранску космологију.

Теорија коју су формулисали Ахмед Фараг Али и Саурја Дас додаје квантно механичке корекције (користећи Бемове трајекторије) у генералну релативистичку геодезију. Ако се гравитонима да мала ненулта маса, то може да објасни космолошку константу без потребе за тамном енергијом и да реши проблем космолошке константе.[13] Ова теорија је добила почасно признање на конкурсу за есеје 2014. године Фондације за истраживање гравитације због објашњење мале величине космолошке константе.[14] Исто тако, теорија је добила почасно признање на конкурсу за есеје 2015. године Фондације за истраживање гравитације због природног објашњавања хомогености великих димензија и изотропије универзума помоћу предложених квантних корекција.[15]

Енергија и таласна дужина уреди

Иако се претпоставља да су гравитони безмасени, они и даље носе енергију, као и свака друга квантна честица. Енергију фотона и енергију глуона такође носе честице без масе. Није разјашњено које променљиве одређују енергију гравитона, количину енергије ношену једним гравитоном.

Алтернативно, ако су гравитони уопште масивни, анализа гравитационих таласа дала је нову горњу границу масе гравитона. Гравитонска Комптонова таласна дужина је најмање 1,6×1016 м, односно око 1,6 светлосних година, што одговара гравитонској маси која није већа од 7,7×10−23 еВ/ц2.[16] Овај однос између таласне дужине и масе-енергије израчунава се помоћу Планк-Ајнштајнове релације,[17][18] истом формулом која повезује електромагнетну таласну дужину и енергију фотона. Међутим, ако су гравитони квантови гравитационих таласа, тада је однос између таласне дужине и одговарајуће енергије честица фундаментално другачији за гравитоне него за фотоне, пошто Комптонова таласна дужина гравитона није једнака таласној дужини гравитационог таласа. Уместо тога, доња везана Комптонска таласна дужина гравитона је око 9×109 пута већа од гравитационе таласне дужине за догађај ГВ170104, која је износио ~1.700 км. Извештај[16] није разрадио извор овог односа. Могуће је да гравитони нису квантови гравитационих таласа, или да су та два феномена повезана на други начин.

Експериментална опсервација уреди

Недвосмислена детекција индивидуалних гравитона, иако није забрањена било којим фундаменталним законом, није могућа са било којим физички детектором.[19] Разлог је изузетно низак пресек интеракције гравитона са материјом. На пример, помоћу детектора са масом Јупитера и 100% ефикасношћу, постављеним у блиску орбиту око неутронске звезде, могао би да опази само један гравитон сваких 10 година, чак и под најповољнијим условима. Било би немогуће разликовати ове догађаје од позадине неутрина, јер би димензије потребног неутриног штита осигурале колапс у црну рупу.[19]

Опсервацијама колаборација ЛИГО и Вирго директно су детектовани гравитациони таласи.[20][21][22] Други су постулирали да гравитонско расипање даје гравитационе таласе док интеракције честица дају кохерентна стања.[23] Иако ови експерименти не могу открити појединачне гравитоне, они могу пружити информације о одређеним својствима гравитона.[24] На пример, ако се примети да се гравитациони таласи шире спорије од од ц (брзине светлости у вакууму), то би значило да гравитон има масу (међутим, гравитациони таласи морају да се шире спорије од ц у региону са ненултом густином масе да би били препознатљиви).[25] Недавна опажања гравитационих таласа су ставила горњу границу на 1,2×10−22 еВ/ц2 гравитонске масе.[20] Астрономска посматрања кинематике галаксија, посебно проблема ротације галаксија и модификована Њутновска динамика, могу упућивати на гравитоне са ненултом масом.[26]

Види још уреди

Референце уреди

  1. ^ Г ис усед то авоид цонфусион wитх глуонс (сyмбол г)
  2. ^ Ровелли, C. (2001). „Нотес фор а бриеф хисторy оф qуантум гравитy”. арXив:гр-qц/0006061  . 
  3. ^ а б Блокхинтсев, D. I.; Гал'перин, Ф. M. (1934). „Гипотеза нейтрино и закон сохранения энергии” [Неутрино хyпотхесис анд цонсерватион оф енергy]. Под Знаменем Марxисма (на језику: руски). 6: 147—157. ИСБН 9785040089567. 
  4. ^ Фор а цомпарисон оф тхе геометриц дериватион анд тхе (нон-геометриц) спин-2 фиелд дериватион оф генерал релативитy, рефер то боx 18.1 (анд алсо 17.2.5) оф Миснер, C. W.; Тхорне, К. С.; Wхеелер, Ј. А. (1973). Гравитатион. W. Х. Фрееман. ИСБН 978-0-7167-0344-0. 
  5. ^ Феyнман, Р. П.; Мориниго, Ф. Б.; Wагнер, W. Г.; Хатфиелд, Б. (1995). Феyнман Лецтурес он Гравитатион. Аддисон-Wеслеy. ИСБН 978-0-201-62734-3. 
  6. ^ Зее, А. (2003). Qуантум Фиелд Тхеорy ин а Нутсхелл. Принцетон Университy Пресс. ИСБН 978-0-691-01019-9. 
  7. ^ Рандалл, L. (2005). Wарпед Пассагес: Унравелинг тхе Универсе'с Хидден Дименсионс. Еццо Пресс. ИСБН 978-0-06-053108-9. 
  8. ^ Сее тхе отхер артицлес он Генерал релативитy, Гравитатионал фиелд, Гравитатионал wаве, етц
  9. ^ Цолоси, D.; et al. (2005). „Бацкгроунд индепенденце ин а нутсхелл: Тхе дyнамицс оф а тетрахедрон”. Цлассицал анд Qуантум Гравитy. 22 (14): 2971—2989. Бибцоде:2005ЦQГра..22.2971Ц. С2ЦИД 17317614. арXив:гр-qц/0408079  . дои:10.1088/0264-9381/22/14/008. 
  10. ^ Wиттен, Е. (1993). „Qуантум Бацкгроунд Индепенденце Ин Стринг Тхеорy”. арXив:хеп-тх/9306122  . 
  11. ^ Смолин, L. (2005). „Тхе цасе фор бацкгроунд индепенденце”. арXив:хеп-тх/0507235  . 
  12. ^ Каку, Мицхио (2006). Параллел Wорлдс: А Јоурнеy Тхроугх Цреатион, Хигхер Димменсионс, анд тхе Футуре оф тхе Цосмос. Доубледаy. стр. 218—221. ИСБН 978-0385509862. 
  13. ^ Али, Ахмед Фараг (2014). „Цосмологy фром qуантум потентиал”. Пхyсицс Леттерс Б. 741: 276—279. Бибцоде:2015ПхЛБ..741..276Ф. С2ЦИД 55463396. арXив:1404.3093в3  . дои:10.1016/ј.пхyслетб.2014.12.057. 
  14. ^ Дас, Саурyа (2014). „Цосмиц цоинциденце ор гравитон масс?”. Интернатионал Јоурнал оф Модерн Пхyсицс D. 23 (12): 1442017. Бибцоде:2014ИЈМПД..2342017Д. С2ЦИД 54013915. арXив:1405.4011  . дои:10.1142/С0218271814420176. 
  15. ^ Дас, Саурyа (2015). „Босе–Еинстеин цонденсатион ас ан алтернативе то инфлатион”. Интернатионал Јоурнал оф Модерн Пхyсицс D. 24 (12): 1544001—219. Бибцоде:2015ИЈМПД..2444001Д. С2ЦИД 119210816. арXив:1509.02658  . дои:10.1142/С0218271815440010. 
  16. ^ а б Б. П. Абботт; et al. (ЛИГО Сциентифиц Цоллаборатион анд Вирго Цоллаборатион) (1. 6. 2017). „ГW170104: Обсерватион оф а 50-Солар-Масс Бинарy Блацк Холе Цоалесценце ат Редсхифт 0.2”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. 118 (22): 221101. Бибцоде:2017ПхРвЛ.118в1101А. ПМИД 28621973. С2ЦИД 206291714. арXив:1706.01812  . дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.118.221101. 
  17. ^ Цохен-Танноудји, C., Диу, Б., Лалоë, Ф. (1973/1977). Qуантум Мецханицс, транслатед фром тхе Френцх бy С.Р. Хемлеy, Н. Остроwскy, D. Остроwскy, сецонд едитион, волуме 1, Wилеy, Неw Yорк, ISBN 0471164321
  18. ^ Френцх, А.П., Таyлор, Е.Ф. (1978). Ан Интродуцтион то Qуантум Пхyсицс, Ван Ностранд Реинхолд, Лондон, ISBN 0-442-30770-5
  19. ^ а б Ротхман, Т.; Боугхн, С. (2006). „Цан Гравитонс бе Детецтед?”. Фоундатионс оф Пхyсицс. 36 (12): 1801—1825. Бибцоде:2006ФоПх...36.1801Р. С2ЦИД 14008778. арXив:гр-qц/0601043  . дои:10.1007/с10701-006-9081-9. 
  20. ^ а б Абботт, Б. П. ет ал. (ЛИГО Сциентифиц Цоллаборатион анд Вирго Цоллаборатион) (2016). „Обсерватион оф Гравитатионал Wавес фром а Бинарy Блацк Холе Мергер”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. 116 (6): 061102. Бибцоде:2016ПхРвЛ.116ф1102А. ПМИД 26918975. арXив:1602.03837  . дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.116.061102. 
  21. ^ Цастелвеццхи, Давиде; Wитзе, Wитзе (11. 2. 2016). „Еинстеин'с гравитатионал wавес фоунд ат ласт”. Натуре Неwс. С2ЦИД 182916902. дои:10.1038/натуре.2016.19361. 
  22. ^ „Гравитатионал wавес детецтед 100 yеарс афтер Еинстеин'с предицтион | НСФ - Натионал Сциенце Фоундатион”. www.нсф.гов. Приступљено 11. 2. 2016. 
  23. ^ Сенаторе, L.; Силверстеин, Е.; Залдарриага, M. (2014). „Неw соурцес оф гравитатионал wавес дуринг инфлатион”. Јоурнал оф Цосмологy анд Астропартицле Пхyсицс. 2014 (8): 016. Бибцоде:2014ЈЦАП...08..016С. С2ЦИД 118619414. арXив:1109.0542  . дои:10.1088/1475-7516/2014/08/016. 
  24. ^ Дyсон, Фрееман (8. 10. 2013). „Ис а Гравитон Детецтабле?”. Интернатионал Јоурнал оф Модерн Пхyсицс А. 28 (25): 1330041—1—1330035—14. Бибцоде:2013ИЈМПА..2830041Д. дои:10.1142/С0217751X1330041X. 
  25. ^ Wилл, C. M. (1998). „Боундинг тхе масс оф тхе гравитон усинг гравитатионал-wаве обсерватионс оф инспираллинг цомпацт бинариес” (ПДФ). Пхyсицал Ревиеw D. 57 (4): 2061—2068. Бибцоде:1998ПхРвД..57.2061W. С2ЦИД 41690760. арXив:гр-qц/9709011  . дои:10.1103/ПхyсРевД.57.2061. 
  26. ^ Триппе, С. (2013), "А Симплифиед Треатмент оф Гравитатионал Интерацтион он Галацтиц Сцалес", Ј. Кор. Астрон. Соц. 46, 41. . арXив:1211.4692  .  Недостаје или је празан параметар |титле= (помоћ)

Спољашње везе уреди

 
Гравитон на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Graviton&oldid=26670305”