Теория эфира Эйнштейна - Einstein aether theory

В физика то Теория эфира Эйнштейна, также называемый теория, это общековариантный модификация общая теория относительности который описывает пространство-время наделен как метрика и единица времениподобная векторное поле назвал эфир. Теория имеет предпочтительная система отсчета и, следовательно, нарушает Лоренц-инвариантность.

История

Теории Эйнштейна и эфира были популяризированы Маурицио Гасперини в серии статей, таких как Предотвращение сингулярности и нарушенная симметрия Лоренца в 1980-е гг.^[1] В дополнение к метрике общая теория относительности эти теории также включали скалярное поле что интуитивно соответствовало универсальному представлению о время. Такая теория будет иметь предпочтительный система отсчета, то, в котором всемирное время является фактическим временем. Динамика скалярного поля отождествляется с динамикой эфир который покоится в предпочтительном кадре. Отсюда и произошло название теории, она содержит гравитацию Эйнштейна плюс эфир.

Теории эфира Эйнштейна вернули себе известность на рубеже веков с публикацией статьи Гравитация и предпочтительный фрейм Тедом Джейкобсоном и Дэвидом Маттингли.^[2] Их теория содержит меньше информации, чем теория Гасперини, вместо скалярного поля, дающего универсальное время, она содержит только единицу векторное поле который указывает направление времени. Таким образом, наблюдатели, которые следуют за эфиром в разных точках, не обязательно будут стареть с одинаковой скоростью в теории Джекобсона – Маттингли.

Наличие предпочтительного динамического вектора времени нарушает Симметрия Лоренца теории, точнее, нарушает инвариантность относительно повышает. Это нарушение симметрии может привести к Механизм Хиггса для гравитона, который изменит физику больших расстояний, возможно, дав объяснение недавнему сверхновая звезда данные, которые иначе были бы объяснены космологическая постоянная. Влияние нарушения лоренц-инвариантности на квантовая теория поля имеет долгую историю, восходящую, по крайней мере, к работам Маркуса Фирца и Вольфганг Паули в 1939 году. В последнее время он вновь обрел популярность, например, с газетой Эффективная теория поля для массивных гравитонов и гравитации в теоретическом пространстве к Нима Аркани-Хамед, Говард Джорджи и Мэтью Шварц.^[3] Теории Эйнштейна и эфира представляют собой конкретный пример теории с нарушенной лоренц-инвариантностью и, таким образом, оказались естественной средой для таких исследований. В 2004 году Элинг, Якобсон и Маттингли написали обзор состояния теории эфира Эйнштейна по состоянию на 2004 год.^[4]

Действие

Обычно считается, что действие теории эфира Эйнштейна состоит из суммы Действие Эйнштейна – Гильберта с Множитель Лагранжа λ, который гарантирует, что вектор времени является единичным вектором, а также со всеми ковариантными членами, включающими вектор времени ты но имеющий не более двух производных.

В частности, предполагается, что действие можно записать как интеграл местного Плотность лагранжиана

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

куда грамм_N является Постоянная Ньютона и грамм это метрика с Подпись Минковского. Плотность лагранжиана равна

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

Здесь р это Скаляр Риччи, ${displaystyle abla }$ это ковариантная производная и тензор K определяется

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

Здесь c_я являются безразмерными регулируемыми параметрами теории.

Решения

Звезды

Найдено несколько сферически-симметричных решений п.в.-теории. Совсем недавно Кристофер Элинг и Тед Якобсон нашли решения, похожие на звезды^[5] и решения, напоминающие черные дыры.^[6]

В частности, они продемонстрировали, что не существует сферически-симметричных решений, в которых звезды полностью построены из эфира. Решения без лишних вопросов всегда имеют либо голые особенности или две асимптотические области пространства-времени, напоминающие червоточина но без горизонт. Они утверждали, что статические звезды должны иметь статический эфир решений, что означает, что эфир указывает в направлении времениподобного Вектор убийства.

Черные дыры и потенциальные проблемы

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

В дополнение тензор напряжений явно не удовлетворяет Уравнение райчаудхури, необходимо обратиться к уравнениям движения. Это контрастирует с теориями без эфира, где это свойство не зависит от уравнений движения.

Экспериментальные ограничения

В Универсальная динамика спонтанного нарушения Лоренца и новая сила закона обратных квадратов, зависящая от спина Нима Аркани-Хамед, Синь-Чиа Ченг, Маркус Льюти и Джесси Талер исследовали экспериментальные последствия нарушения симметрии буста, присущей теориям эфира. Они обнаружили, что в результате Бозон Голдстоуна приводит, среди прочего, к новому виду Черенковское излучение.

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

Смотрите также

• Теории эфира
• Современные поиски нарушения Лоренца

Рекомендации

1. Гасперини, М. (1987). «Предотвращение сингулярности и нарушенная симметрия Лоренца». Классическая и квантовая гравитация. 4 (2): 485–494. Bibcode:1987CQGra ... 4..485G. Дои:10.1088/0264-9381/4/2/026.
2. Джейкобсон, Тед; Маттингли, Дэвид (2000). «Гравитация и предпочтительный фрейм». arXiv:gr-qc / 0007031. Дои:10.1103 / PhysRevD.64.024028.
3. Аркани-Хамед, Нима; Георгий, Ховард; Шварц, Мэтью Д. (2003). «Эффективная теория поля для массивных гравитонов и гравитации в теории пространства». Анналы физики. 305 (2): 96–118. arXiv:hep-th / 0210184. Bibcode:2003АнФи.305 ... 96А. Дои:10.1016 / S0003-4916 (03) 00068-X.
4. Кристофер Элинг, Тед Якобсон и Дэвид Маттингли (2004). «Теория эфира Эйнштейна». ДЕСЕРФЕСТ. Праздник жизни и творчества Стэнли Дезера. Сингапур: WorldScientific. arXiv:gr-qc / 0410001. Bibcode:2004гр.кв .... 10001Е. ISBN  981-256-082-3.
5. Джейкобсон, Тед; Маттингли, Дэвид (2006). "Сферические решения теории Эйнштейна-эфира: статический эфир и звезды". arXiv:gr-qc / 0603058. Дои:10.1088/0264-9381/23/18/008.
6. Элинг, Кристофер; Якобсон, Тед (2006). «Черные дыры в теории Эйнштейна-эфира». Классическая и квантовая гравитация. 23 (18): 5643–5660. arXiv:gr-qc / 0604088. Дои:10.1088/0264-9381/23/18/009.

внешняя ссылка

• Теория эфира Эйнштейна на arxiv.org