Вдвойне специальная теория относительности - Doubly special relativity
Двойная специальная теория относительности ( DSR ), также называемая деформированной специальной теорией относительности или, по некоторым данным, экстра-специальной теорией относительности, представляет собой модифицированную специальную теорию относительности, в которой существует не только максимальная скорость ( скорость света ), не зависящая от наблюдателя , но и , независимая от наблюдателя шкала максимальной энергии ( энергия Планка ) и / или шкала минимальной длины ( длина Планка ). Это контрастирует с другими теориями, нарушающими лоренц-инвариант , такими как Расширение стандартной модели , где вместо этого лоренц-инвариантность нарушается наличием предпочтительной системы отсчета . Основная мотивация этой теории состоит в том, что энергия Планка должна быть масштабом, в котором становятся важными еще неизвестные эффекты квантовой гравитации, и из-за инвариантности физических законов этот масштаб должен оставаться фиксированным во всех инерциальных системах отсчета.
История
Первые попытки модифицировать специальную теорию относительности путем введения длины, не зависящей от наблюдателя, были предприняты Павлопулосом (1967), который оценил эту длину примерно как 10 -15 метров . В контексте квантовой гравитации , Джованни Амелина Камелия (2000) ввела то , что теперь называется вдвойне специальная теория относительности, предложив реализовать конкретные сохранения инвариантности длины Планки 1,6162 × 10 −35 м . Это было переформулировано Ковальски-Гликманом (2001) в терминах независимой от наблюдателя массы Планка . Другая модель, вдохновленная моделью Амелино-Камелии, была предложена в 2001 году Жоао Магуэйо и Ли Смолином , которые также сосредоточили внимание на неизменности энергии Планка .
Было осознано, что действительно существует три вида деформации специальной теории относительности, которые позволяют добиться инвариантности энергии Планка; либо как максимальная энергия, как максимальный импульс, либо и то, и другое. Модели DSR, возможно, связаны с петлевой квантовой гравитацией в 2 + 1 измерениях (два пространства, одно время), и было высказано предположение, что отношение также существует в 3 + 1 измерениях.
Мотивация этих предложений в основном теоретическая, основанная на следующем наблюдении: ожидается, что энергия Планка будет играть фундаментальную роль в теории квантовой гравитации ; установление масштаба, при котором квантовыми гравитационными эффектами нельзя пренебрегать, и новые явления могут стать важными. Если специальная теория относительности должна соответствовать именно этому масштабу, разные наблюдатели наблюдали бы эффекты квантовой гравитации на разных масштабах из -за сжатия Лоренца – Фитцджеральда , что противоречит принципу, согласно которому все инерциальные наблюдатели должны иметь возможность описывать явления одним и тем же физическим способом. законы. Эта мотивация подвергалась критике на том основании, что результат преобразования Лоренца сам по себе не является наблюдаемым явлением. DSR также страдает несколькими несоответствиями в формулировках, которые еще предстоит устранить. В частности, трудно восстановить стандартное поведение преобразования для макроскопических тел, известное как проблема футбольного мяча . Другая концептуальная трудность состоит в том, что DSR априори формулируется в импульсном пространстве . Пока нет последовательной формулировки модели в позиционном пространстве .
Прогнозы
На сегодняшний день эксперименты не выявили противоречий со специальной теорией относительности.
Первоначально предполагалось, что обычная специальная теория относительности и двойная специальная теория относительности будут давать различные физические предсказания в процессах с высокими энергиями, и, в частности, вывод предела GZK на энергии космических лучей от далеких источников будет неверным. Тем не менее, в настоящее время установлено , что стандарт вдвойне специальной теории относительности не предсказывает любое подавление ГЗК обрезания, в отличие от моделей , где абсолютный локальный репер остальное существует, такие как эффективные теории поля , как Extension Standard-Model .
Поскольку DSR в целом (хотя и не обязательно) подразумевает энергетическую зависимость скорости света, было также предсказано, что, если есть модификации первого порядка по энергии по сравнению с массой Планка, эта энергетическая зависимость будет наблюдаемой в высокоэнергетических условиях. фотоны, достигающие Земли от далеких всплесков гамма-излучения . В зависимости от того, увеличивается или уменьшается теперь зависящая от энергии скорость света с увеличением энергии (характеристика, зависящая от модели), высокоэнергетические фотоны будут быстрее или медленнее, чем более низкоэнергетические. Однако в эксперименте Fermi-LAT в 2009 году был измерен фотон с энергией 31 ГэВ, который почти одновременно прибыл с другими фотонами от того же всплеска, что исключило такие эффекты дисперсии даже при энергии выше планковской. Более того, утверждалось, что DSR с зависящей от энергии скоростью света несовместим, и эффекты первого порядка уже исключены, потому что они привели бы к нелокальным взаимодействиям частиц, которые долгое время наблюдались в экспериментах по физике элементарных частиц.
относительность де Ситтера
Поскольку группа де Ситтера естественным образом включает параметр инвариантной длины, относительность де Ситтера можно интерпретировать как пример двойной специальной теории относительности, поскольку пространство-время де Ситтера включает в себя инвариантную скорость, а также параметр длины. Однако есть фундаментальное различие: в то время как во всех моделях двойной специальной теории относительности нарушается симметрия Лоренца, в теории относительности де Ситтера она остается физической симметрией. Недостатком обычных моделей двойной специальной теории относительности является то, что они действительны только в энергетических масштабах, где обычная специальная теория относительности, как предполагается, не работает, что приводит к лоскутной теории относительности. С другой стороны, было обнаружено, что относительность де Ситтера инвариантна при одновременном изменении масштаба массы, энергии и импульса, и, следовательно, справедлива во всех энергетических масштабах.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Амелино-Камелия, Г. (2002). «Двойная специальная теория относительности: первые результаты и ключевые открытые проблемы». Международный журнал современной физики D . 11 (10): 1643–1669. arXiv : gr-qc / 0210063 . Bibcode : 2002IJMPD..11.1643A . DOI : 10.1142 / S021827180200302X . S2CID 43004370 .
- Амелино-Камелия, Г. (2002). «Относительность: специальный подход». Природа . 418 (6893): 34–35. arXiv : gr-qc / 0207049 . Bibcode : 2002Natur.418 ... 34А . DOI : 10.1038 / 418034a . PMID 12097897 . S2CID 16844423 .
- Кардоне, Ф .; Миньяни, Р. (2004). Энергия и геометрия: введение в деформированную специальную теорию относительности . World Scientific . ISBN 981-238-728-5.
- Jafari, N .; Шариати, А. (2006). «Двойная специальная теория относительности: новая теория относительности или нет?». Материалы конференции AIP . 841 . С. 462–465. arXiv : gr-qc / 0602075 . DOI : 10.1063 / 1.2218214 .
- Ковальски-Гликман Дж. (2005). «Введение в двойную специальную теорию относительности». Эффекты планковского масштаба в астрофизике и космологии . Конспект лекций по физике. 669 . С. 131–159. arXiv : hep-th / 0405273 . DOI : 10.1007 / b105189 . ISBN 978-3-540-25263-4.
- Смолин, Ли. (2006). «Глава 14. Опираясь на Эйнштейна». Проблема с физикой: расцвет теории струн, падение науки и что будет дальше . Бостон, Массачусетс: Хоутон Миффлин. ISBN 978-0-618-55105-7. OCLC 64453453 .Смолин пишет для непрофессионала краткую историю развития DSR и его связи с теорией струн и космологией .