Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Newton and Einstein Don’t Make All the Rules: Modifying the Law of Gravity

Ньютон и Эйнштейн не создают все правила: изменение закона всемирного тяготения

Вместо того, чтобы пытаться развивать теории квантовой гравитации, некоторые физики рассматривают существующий закон всемирного тяготения и пытаются найти определенные модификации, которые смогут заставить теорию объяснить теперешние тайны космологии.

Эти усилия в основном мотивированы попытками найти альтернативы космологическим теориям инфляции, темной материи или темной энергии.

Эти подходы не обязательно решают противоречия между квантовой физикой и общей теорией относительности, но во многих случаях они делают противоречие менее значимым.

Эти подходы имеют склонность приводить к исчезновению сингулярностей и бесконечностей из теорий, что как раз и нужно для квантовой гравитации.

Двойная специальная теория относительности (дСТО): в двое больше больше пределов при обычной относительности

Один из интригующих подходов это двойная специальная теория относительности или деформированная специальная теория относительности (сокращенно как дСТО вне зависимости как вы расшифровываете), изначально разработана Джованни Амелино-Камелиа.

В специальной теории относительности, скорость света является постоянной для всех наблюдателей.

В дСТО теориях, все наблюдатели также соглашаются с одной вещью — расстояние Планковской длинны.

В теории относительности Эйнштейна, постоянство скорости света устанавливает предел скорости всего во вселенной.

В дСТО теориях, Планковская длинная представляет нижний предел для расстояния.

Ничто не может передвигаться быстрее скорости света, и ничто не может быть меньше чем Планковская длинна.

Принципы дСТО могут быть применимы для разных моделей квантовой гравитации, такие как петлевая квантовая гравитация, хотя до сих пор нет никаких свидетельств этого.

МОдифицированная Ньютоновская Динамика (МОНД): игнорирование темной материи

Некоторым физикам не нравится идея темной материи и они предложили альтернативное объяснение для решения проблем, которые заставляют физиков считать, что темная материя существует.

Одно из таких объяснения, которое предполагает взгляда на гравитацию по-другом на больших масштабах, называется модифицированной ньютоновской динамикой (MOND).

Основное предположение MOND это то, что при низких значениях, сила гравитации не следует правилам, наложенным Ньютоном более чем 300 лет назад.

Отношение между силой и ускорением в этих случаях могут оказаться не совсем линейными, и MOND предсказывает отношение, которое даст результаты основанные на наблюдении только видимых масс для галактик.

В Ньютоновской механике (или, если уж на то пошло, общая теория относительности, которая сокращается до Ньютоновской механики на таких масштабах), гравитационное отношение между объектами точно определено и основаны на их массах и расстоянии между ними.

Когда количество видимой материи для галактик помещается в эти уравнения, физики получают ответы, которые показывают, что видимая материя не дает достаточно гравитации для удержания галактик вместе.

На самом деле, согласно Ньютоновской механике, внешние края галактик, должны были бы вращаться гораздо быстрее, в результате чего звезды бы разлетались все дальше от галактики.

Так как ученые знают расстояния, которые участвуют, предположение в том, что как-то количество материи было недооценено.

Естественным ответом на это (и наиболее принятый физиками) является то, что должна существовать материя какого-то другого вида, которая для нас невидима: темная материя.

Есть другая альтернатива — расстояния и материя верны, но отношение между ними не верны.

MOND была предложена израильским физиком Мордехаем Милгромом в 1981 как способ объяснения поведения галактики без прибегания к темной материи.

Большинство физиком вычеркнули MOND, потому что , похоже, что теории с темной материей подходит под факты более точно.

Милгром, однако, не сдался, и в 2009 он сделал предсказания о незначительных вариациях в орбитах планет, основанных на его вычислениях MOND.

Остается увидеть, будут ли эти вариации наблюдаться.

Переменная скорость света (ПСС): свет путешествовал даже быстрее

В двух отдельных попытках, как способ объяснения проблемы горизонта без необходимости в инфляции, физики разработали систему, где скорость света, фактически, не была бы постоянной.

Ранняя система переменной скорости света (ПСС) была предложена Джоном Моффатом (кто ранее соединил идею в его модифицированную теорию гравитации), а поздняя система была разработана Андреасом Альбрехтом и Жуаном Магейжу.

Оказывается ли, что темная материя ошибочна?

В августе 2008, группа астрофизиков опубликовала статью названную "Прямое эмпирическое доказательство существования темной материи."

"Доказательство", о котором они говорят, пришло из воздействия между двумя галактическими кластерами.

Используя космическую рентгеновскую обсерваторию «Ча́ндра», они смогли увидеть гравитационное линзирование (гравитационные коллизии были причиной того, что свет изгибался, вроде как свет изгибается, когда проходит через линзы), что позволило им определить центр коллизии.

Центром коллизии был не центр видимой материи.

Другими словами, центр гравитации и центр видимой материи не совпадали.

Это достаточно убедительное свидетельство того, что там была невидимая материя, так?

В мире теоретической физики, нет ничего простого в наши дни.

К сентябрю, физик Джон Моффат и другие начинают ставить под сомнение была ли темная материя единственным объяснением.

Используя свою собственную модифицированную теорию гравитации (МОГ), Моффат выполнил вычисление над упрощенной версии 1-мерной коллизии.

Большинство физиков приняли результаты НАСА, включая более свежие результаты из WMAP и других обсерваторий, как убедительное свидетельство того, что темная материя существует.

Но остались те, кто был не убежден и искали другие объяснения.

Проблема горизонта основывается на идеи, что отдаленные области Вселенной, не могли бы сообщить их температуры, потому что они так далеко, что свет не имел времени чтобы добраться от одной до другой.

Решение предложенной инфляционной теорией заключается в том, что эти области были когда то гораздо ближе одна к одной, так что они могли взаимодействовать (смотрите главу 9 для более подробной информации).

В теориях ПСС, предлагается другая альтернатива: две области могли бы взаимодействовать, потому что свет путешествовали быстрее в прошлом, чем сейчас.

Моффат предложил его ПСС модель в 1992, допуская, что корость света в ранней вселенной была очень большой — в 100000 триллион триллион раз больше, чем теперешнее значение.

Это позволило бы для всех областей наблюдаемой вселенной с легкостью взаимодействовать друг с другом.

Что бы это заработало, Моффат должен был сделать предположение, что Лоренц-вариантность — базовая симметрия специальной теории относительности — была каким-то образом нарушена в ранней вселенной.

Предсказание Моффата приводит к периоду быстрой передачи тепла через вселенную, что приводит к тем же эффектам, что и инфляционная модель.

В 1998, физик Жуан Магейжу получил похожую теорию в сотрудничестве с Андреасом Альбрехтом .

Их подход, разработанные без единого представления о работе Моффата, был очень похож — что они и признали, узнав о нем.

Их работа была опубликована более заметно, чем Моффата (в основном потому, что они были более упрямы в преследовании цели опубликоваться в престижном Physical Review D, который отверг раннюю публикацию Моффата).

Их ранняя работа вдохновила других, например кэмбриджского физика Джона Барроу, начать исследования этой идеи.

Еще одно в поддержку ПСС подходов является недавнее исследование Джона Вэбба и других, которые показали, что постоянная тонкой структуры может не всегда быть постоянной.

Постоянная тонкой структуры это соотношение, составленная из Планковской постоянной, заряда электрона и скорости света.

Это то значение, которое появляется в некоторых физических уравнениях.

Если постоянная тонкой структуры изменилась с течением времени, когда как минимум одно из этих значений (и вероятно более чем одно) также изменялось.

Спектральные линии, испускаемые атомами, определены постоянной Планка.

Ученые знают из наблюдений, что эти спектральные линии не изменены, так что врятли постоянная Планка изменилась.

(Спасибо Джону Моффату за пояснение.)

Все же, любое изменение в постоянной тонкой структуры могло бы быть объяснено изменяющимися либо скоростью света или зарядом электрона (или обоих).

Физики Элиас Киритсис и Стефон Александр независимо разработали ПСС модели, которые могли бы быть включены в теорию струн, и Александр потом работал с Магейжу над усовершенствованием этих идей (даже несмотря на то, что Магейжу является критиком теории струн за ее отсутствие связи с экспериментом).

Эти предложения интригуют, но физическое сообщество в основном остается быть приверженцами инфляционной модели.

И ПСС и инфляция требует немного странное поведение в ранние моменты вселенной, но пока не ясно, что инфляция по сути более реалистичная чем ПСС.

Возможно, что дальнейшие свидетельства изменения констант в конечном счете приведут к поддержки ПСС, а не инфляции, но этот день, похоже, еще далек, если он когда либо вообще наступит.

МОдифицированная Гравитация (МОГ): чем больше расстояние, тем больше гравитация

Работа Джона Моффата над альтернативной гравитацией привела к его модифицированными теориям гравитации (МОГ), где сила гравитации увеличивается с расстоянием, и также вводит новую отталкивающую силу на еще больших расстояниях.

МОГ Моффата на самом деле состоит из трех разных теорий, которые он разработал в течении трех десятилетий, пытаясь сделать их проще и более элегантными и более доступными для других физиков, чтобы над ними работать.

Эта работа началась в 1979, когда Моффта разработал несимметричную теорию гравитации (НТГ), которая расширяла ту работу, которую Эйнштейн пытался применить, чтобы создать единую теорию поля в контексте не-Римановой геометрии.

Та работа потерпела неудачу при объединении гравитации и электромагнетизма, в том ключе, как хотел Эйнштейн, но Моффат считал, что она могла бы быть использована для обобщения самой относительности.

Спустя годы, НТГ в конечном счете оказалась неубедительной.

Было возможно, что эти предсказания (такие как идея, что солнце отклонялось от идеальной сферической фигуры) были не верны или это отклонение было слишком мало, что бы быть обнаруженным.

В 2003, Моффат разработал альтернативу в громоздким названием Метрично-ассиметрично-тензорная теория гравитации (МАТТ).

Эта была симметричная теория (что упрощало работу с ней), которая включала "асимметричное" поле для несимметричной части.

Это новое поле было, на самом деле, фундаментально новой силой — пятой фундаментальной силой во Вселенной.

К сожалнию, эта теория оказалась математически слишком сложной для многих, так что в 2004 Моффат разработал скалярно-тензорно-векторную теорию гравитации (СТВТ)

В СТВТ, у Моффата снова была пятая сила полученная из векторного поля, называемого фионным полем.

Фионом был калибровочный бозон, который переносил пятую силу в теории.

Согласно Моффату, все три теории дают по существу те же результаты для слабого гравитационного поля, подобно тем, что мы обычно наблюдаем.

Сильные гравитационные поля, которые нужны для различия теорий, это те, что всегда являются проблемами для ученых и побудили искать теории квантовой гравитации в первую очередь.

Они могут быть обнаружены в момент большого взрыва или во время коллапсирования звезд, которые могут стать черными дырами.

Есть признаки, что СТВТ дает результаты очень похожи на результаты МОНД теории Милгрома (смотрите более ранний раздел "МОдифицированная Ньютоновская Динамика (МОНД): игнорирование темной материи" для более полного объяснения МОНД).

Моффат предположил, что МОГ может на самом деле объяснить темную материю и темную энергию, и что черные дыры могут на самом деле и не существовать.

В то время, как выводы являются удивительными, работа все еще на начальных стадиях, и пройдет еще порядком лет пока она (или любая из других теорий) будет разработана достаточно, чтобы иметь надежду на серьезное соревнование с укоренившимися позициями.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145460

Переводчики: Swarlz