Двойная специальная теория относительности - Doubly special relativity

Двойная специальная теория относительности[1][2] (DSR) - также называемый деформированная специальная теория относительности или некоторыми[ВОЗ? ], экстра-специальная теория относительности - модифицированная теория специальная теория относительности в котором существует не только максимальная скорость, не зависящая от наблюдателя ( скорость света ), но также и шкалу максимальной энергии, не зависящую от наблюдателя ( Планковская энергия ) и / или минимальный масштаб длины ( Планковская длина ).[3] Это контрастирует с другими Лоренц-нарушающий теории, такие как Расширение стандартной модели, где Лоренц-инвариантность вместо этого нарушается наличием предпочтительный фрейм. Основная мотивация этой теории заключается в том, что энергия Планка должна быть масштабом, в котором еще неизвестно квантовая гравитация эффекты становятся важными, и из-за неизменности физических законов этот масштаб должен оставаться фиксированным во всех инерциальных системах отсчета.[4]

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 метры.[5][6]В контексте квантовая гравитация, Джованни Амелино-Камелия (2000) представили то, что сейчас называется двойной специальной теорией относительности, предложив конкретную реализацию сохранения инвариантности Планковская длина 1.6162×10−35 м.[7][8]Это было переформулировано Ковальски-Гликманом (2001) в терминах независимого от наблюдателя Планковская масса.[9]Другая модель, вдохновленная моделью Амелино-Камелия, была предложена в 2001 г. Жоао Магуэйо и Ли Смолин, который также акцентировал внимание на инвариантности Планковская энергия.[10][11]

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 петля квантовой гравитации в 2 + 1 измерениях (два пространства, один раз), и было высказано предположение, что отношение также существует в 3 + 1 измерениях.[12][13]

Мотивация этих предложений в основном теоретическая, основанная на следующем наблюдении: ожидается, что энергия Планка будет играть фундаментальную роль в теории квантовая гравитация; 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 будут наблюдать эффекты квантовой гравитации на разных масштабах из-за Сжатие Лоренца – Фитцджеральда, что противоречит принципу, согласно которому все инерционные наблюдатели должны уметь описывать явления по одним и тем же физическим законам. Эта мотивация подверглась критике на том основании, что результат преобразования Лоренца сам по себе не является наблюдаемым явлением.[4]DSR также страдает несколькими несоответствиями в формулировке, которые еще предстоит устранить.[14][15] В частности, трудно восстановить стандартное поведение преобразования для макроскопических тел, известное как футбольный мяч проблема. Другая концептуальная трудность заключается в том, что DSR априори сформулировано в импульсное пространство. Пока еще нет последовательной формулировки модели в позиционное пространство.

Прогнозы

Смотрите также: Современные поиски нарушения Лоренца

На сегодняшний день эксперименты не выявили противоречий со специальной теорией относительности.

Первоначально предполагалось, что обычная специальная теория относительности и двойная специальная теория относительности позволят сделать различные физические предсказания в процессах высоких энергий и, в частности, при выводе Лимит GZK по энергии космические лучи из далеких источников не будет действительным. Однако теперь установлено, что стандартная двойная специальная теория относительности не предсказывает какого-либо подавления обрезания GZK, в отличие от моделей, в которых система абсолютного местного покоя существует, например, эффективные теории поля словно Расширение стандартной модели.

Поскольку DSR в целом (хотя и не обязательно) подразумевает зависимость скорости света от энергии, было дополнительно предсказано, что, если есть модификации первого порядка по энергии по сравнению с массой Планка, эта зависимость от энергии будет наблюдаема при высоких энергиях. фотоны достигая Земли издалека гамма-всплески. В зависимости от того, увеличивается или уменьшается теперь зависящая от энергии скорость света с увеличением энергии (свойство, зависящее от модели), высокоэнергетические фотоны будут быстрее или медленнее, чем более низкоэнергетические.[16]Однако Ферми-ЛАТ В эксперименте 2009 года был измерен фотон с энергией 31 ГэВ, который прибыл почти одновременно с другими фотонами той же вспышки, что исключило такие эффекты дисперсии даже при энергии выше планковской.[17]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.[18]

относительность де Ситтера

Основная статья: 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. Недостаток обычных моделей двойной специальной теории относительности состоит в том, 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

Рекомендации

  1. ^ Амелино-Камелия, Джованни (1 ноября 2009 г.). «Двойная специальная теория относительности: факты, мифы и некоторые ключевые открытые проблемы». Последние достижения теоретической физики. Статистическая наука и междисциплинарные исследования. 9. С. 123–170. arXiv:1003.3942. Дои:10.1142/9789814287333_0006. ISBN  978-981-4287-32-6. S2CID  118855372.
  2. ^ Амелино-Камелия, Джованни (1 июля 2002 г.). «Двойная специальная теория относительности». Природа. 418 (6893): 34–35. arXiv:gr-qc / 0207049. Bibcode:2002Натура 418 ... 34А. Дои:10.1038 / 418034a. PMID  12097897. S2CID  16844423.
  3. ^ Амелино-Камелия, Г. (2010). «Двойная специальная теория относительности: факты, мифы и некоторые ключевые открытые проблемы». Симметрия. 2 (4): 230–271. arXiv:1003.3942. Bibcode:2010rdtp.book..123A. Дои:10.3390 / sym2010230.
  4. ^ а б Хоссенфельдер, С. (2006). «Интерпретация квантовых теорий поля с минимальной шкалой длины». Физический обзор D. 73 (10): 105013. arXiv:hep-th / 0603032. Bibcode:2006PhRvD..73j5013H. Дои:10.1103 / PhysRevD.73.105013. S2CID  34343593.
  5. ^ Павлопулос, Т. Г. (1967). «Нарушение лоренц-инвариантности». Физический обзор. 159 (5): 1106–1110. Bibcode:1967ПхРв..159.1106П. Дои:10.1103 / PhysRev.159.1106.
  6. ^ Павлопулос, Т. Г. (2005). «Наблюдаем ли мы нарушение Лоренца в гамма-всплесках?». Письма по физике B. 625 (1–2): 13–18. arXiv:Astro-ph / 0508294. Bibcode:2005ФЛБ..625 ... 13П. Дои:10.1016 / j.physletb.2005.08.064. S2CID  609286.
  7. ^ Амелино-Камелия, Г. (2001). «Проверяемый сценарий относительности с минимальной длиной». Письма по физике B. 510 (1–4): 255–263. arXiv:hep-th / 0012238. Bibcode:2001ФЛБ..510..255А. Дои:10.1016 / S0370-2693 (01) 00506-8.
  8. ^ Амелино-Камелия, Г. (2002). «Относительность в пространстве-времени с структурой коротких расстояний, управляемой независимой от наблюдателя (планковской) шкалой длины». Международный журнал современной физики D. 11 (1): 35–59. arXiv:gr-qc / 0012051. Bibcode:2002IJMPD..11 ... 35А. Дои:10.1142 / S0218271802001330. S2CID  16161466.
  9. ^ Ковальски-Гликман Дж. (2001). «Независимый от наблюдателя квант массы». Письма о физике A. 286 (6): 391–394. arXiv:hep-th / 0102098. Bibcode:2001ФЛА..286..391К. Дои:10.1016 / S0375-9601 (01) 00465-0. S2CID  118984500.
  10. ^ Magueijo, J .; Смолин, Л (2002). «Лоренц-инвариантность с инвариантной шкалой энергии». Письма с физическими проверками. 88 (19): 190403. arXiv:hep-th / 0112090. Bibcode:2002ПхРвЛ..88с0403М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.88.190403. PMID  12005620. S2CID  14468105.
  11. ^ Magueijo, J .; Смолин, Л (2003). «Обобщенная лоренц-инвариантность с инвариантной шкалой энергии». Физический обзор D. 67 (4): 044017. arXiv:gr-qc / 0207085. Bibcode:2003ПхРвД..67д4017М. Дои:10.1103 / PhysRevD.67.044017. S2CID  16998340.
  12. ^ Амелино-Камелия, Джованни; Смолин, Ли; Стародубцев, Артем (2004). «Квантовая симметрия, космологическая постоянная и феноменология планковского масштаба». Классическая и квантовая гравитация. 21 (13): 3095–3110. arXiv:hep-th / 0306134. Bibcode:2004CQGra..21.3095A. Дои:10.1088/0264-9381/21/13/002. S2CID  15024104.
  13. ^ Фрейдель, Лоран; Ковальски-Гликман, Ежи; Смолин, Ли (2004). «2 + 1 гравитация и двойная специальная теория относительности». Физический обзор D. 69 (4): 044001. arXiv:hep-th / 0307085. Bibcode:2004ПхРвД..69д4001Ф. Дои:10.1103 / PhysRevD.69.044001. S2CID  119509057.
  14. ^ Aloisio, R .; Galante, A .; Grillo, A.F .; Luzio, E .; Мендес, Ф. (2004). «Приближение к пространству-времени через скорость в двойной специальной теории относительности». Физический обзор D. 70 (12): 125012. arXiv:gr-qc / 0410020. Bibcode:2004ПхРвД..70л5012А. Дои:10.1103 / PhysRevD.70.125012. S2CID  2111595.
  15. ^ Aloisio, R .; Galante, A .; Grillo, A.F .; Luzio, E .; Мендес, Ф. (2005). «Заметка о DSR-подобном подходе к пространству-времени». Письма по физике B. 610 (1–2): 101–106. arXiv:gr-qc / 0501079. Bibcode:2005ФЛБ..610..101А. Дои:10.1016 / j.physletb.2005.01.090. S2CID  119346228.
  16. ^ Амелино-Камелия, Г .; Смолин, Л. (2009). «Перспективы ограничения дисперсии квантовой гравитации с ближайшими наблюдениями». Физический обзор D. 80 (8): 084017. arXiv:0906.3731. Bibcode:2009ПхРвД..80х4017А. Дои:10.1103 / PhysRevD.80.084017. S2CID  9533538.
  17. ^ Fermi LAT Collaboration (2009). «Предел изменения скорости света, возникающий из-за эффектов квантовой гравитации». Природа. 462 (7271): 331–334. arXiv:0908.1832. Bibcode:2009Натура.462..331А. Дои:10.1038 / природа08574. PMID  19865083. S2CID  205218977.
  18. ^ Хоссенфельдер, С. (2009). "Бокс-проблема в деформированной специальной теории относительности". arXiv:0912.0090 [gr-qc ].

дальнейшее чтение

внешняя ссылка