Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Существует ли теория гравитации без теории гравитации Ньютона и Эйнштейна? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны согласиться, что любое ослабление основных предположений или любые изменения базовой математической структуры уравнений поля гравитации Ньютона или Эйнштейна, приводящие к новым теориям, предсказания которых также отличаются, должны рассматриваться как неньютоновские или неэйнштейновские — даже если основные принципы схожи.
Например, модифицированная ньютоновская динамика в этом контексте отличается от теории Ньютона, поскольку она нарушает стандартный ньютоновский закон всемирного тяготения в определенном режиме своего теоретического пространства, где ее предсказания также отличаются.
По мнению Ньютона, все объекты — от яблок до планет и звезд — оказывают силу, которая притягивает другие объекты. Этот закон всемирного тяготения довольно хорошо сработал для предсказания движения планет, а также объектов на Земле и он все еще используется, например, при расчетах для запуска ракеты.
Но взгляд Ньютона на гравитацию не работал для некоторых вещей, таких как своеобразная орбита Меркурия. Орбиты планет смещаются со временем, и орбита Меркурия смещалась быстрее, чем предсказывал Ньютон.
Эйнштейн предложил другой взгляд на гравитацию, который имел смысл в виду проблем Меркурия. Вместо того чтобы оказывать притягивающую силу, он рассуждал, что каждый объект искривляет ткань пространства и времени вокруг себя, образуя своего рода колодец, в который падают другие объекты и даже лучи света.
Эта новая модель решила проблему Меркурия. Она показала, что Солнце так искривляет пространство, что искажает орбиты близлежащих тел, включая Меркурий. По мнению Эйнштейна, Меркурий мог бы выглядеть как шарик, вечно кружащийся на дне слива.
Теория Эйнштейна была подтверждена более чем столетием экспериментов, начиная с наблюдения солнечного затмения, в ходе которого траектория света от далеких звезд была смещена мощной гравитацией Солнца именно на ту величину, которую предсказывал Эйнштейн.
Хотя теория гравитации Эйнштейна (общая теория относительности) хорошо проверена, известно, что она не идеальна.
Мотивы для модификаций общей теории относительности в основном космологические.
Стандартная модель космологии имеет много открытых проблем, таких как природа темной энергии и темной материи, точная модель космической инфляции или проблема начальной сингулярности.
Все вышеперечисленное, вместе с теоретическими причинами, такими как неперенормируемость общей теории относительности, мотивирует необходимость модифицированных гравитационных теорий.
В настоящее время принятым способом изменения гравитации является модификация действия Эйнштейна-Гильберта.
Исторически первой значимой попыткой модификации гравитации было позволить гравитону иметь массу. Эти теории известны как теории массивной гравитации. Первая такая теория была представлена Фирцем и Паули в 1939 году. Однако эта теория не смогла воспроизвести Общую теорию относительности, поскольку масса гравитона стремится к нулевому пределу. Она также содержала нестабильные проблемные степени свободы. Было предложено много других теорий массивной гравитации, но первая теория массивной гравитации без ранних проблем была предложена в 2011 году де Рамом, Габададзе и Толли.
Другой способ модификации гравитации — это разрушение предположений общей теории относительности. Наиболее известными из таких теорий являются теории с дополнительными измерениями пространства-времени, такие как теория Калуса -Клейна, теория Лавлока и теория струн.
Общая теория относительности может быть также модифицирована путем нарушения лоренц-инвариантности или с помощью нелокальных теорий, которые включают в свое действие обратные степени оператора Лапласа.
Класс теорий, которые в последнее время стали очень популярны — это теории скручивания, в которых уравнения поля общей теории относительности могут быть описаны с использованием кручения вместо кривизны .
Наконец, теории гравитации можно модифицировать, добавляя в теорию дополнительные поля. Поскольку все поля, переносящие энергию, минимально связаны с гравитацией через лагранжиан в действии, дополнительное поле, модифицирующее гравитацию, должно приводить к дополнительным степеням свободы, распространяющимся в спектре гравитационных волн. В противном случае это просто поле материи. Дополнительные поля могут быть тензорами, векторами или скалярами .
Тензорные теории, такие как биметрическая теория Розена (бигравитация) или мультигравитация, включают взаимодействующие метрические тензоры в теории. Результатом является существование двух или более частиц со спином.
Векторные теории, также известные как векторно-тензорные теории, содержат одно или несколько векторных полей, связанных с гравитационным полем. Самая простая векторная теория известна как теория Прока и содержит кинетический член векторного поля и массовый член. Самая общая векторная теория с уравнениями движения второго порядка известна как обобщенная теория Прока, в то время как теории с уравнениями более высокого порядка известны как теории за пределами обобщенного Прока.
Скалярные теории известны как скалярно-тензорные теории, содержат скалярные поля, взаимодействующие с гравитационным полем. Подобно векторным теориям, у нас есть два основных класса скалярных теорий: теория Хорндески, которая является наиболее общей скалярной теорией с уравнениями движения второго порядка, и теории за пределами Хорндески с производными более высокого порядка, также известные как теории вырожденного скалярно-тензорного типа высшего порядка. Существуют также теории, которые содержат как скаляры, так и векторы. Эти теории известны как теории тензорно-векторно-скалярного типа.
Наиболее простыми и наиболее изученными модифицированными теориями гравитации являются скалярно-тензорные теории. Одной из первых скалярно-тензорных теорий, появившихся в литературе, является теория Бранса-Дикке , которая состоит из скалярного поля, неминимально связанного с материей через метрический тензор. В этой теории скалярное поле порождает эффективную и переменную гравитационную «постоянную» Ньютона.
Как относиться ко всем этим теориям? Решать вам. Некоторые делают из них чуть ли не культ. Начинают утверждать, что все стандартные теории полный обман. Но при всём при этом, модифицированные и нестандартные теории не имеют полноценного научного подтверждения. Требуются годы на то, чтобы или опровергнуть или подтвердить ту или иную нестандартную теорию.
И Логика Ньютона, и логика Эйнштейна прошли эти тесты и сегодня каждый навигатор учитывает специфику поведения пространства, а каждая механическая задача рассчитывается по методикам Ньютона. Поэтому, говорить что всё это ну совсем не работает — точно илишне.
Поделись видео: