Пређи на садржај

Graviton — разлика између измена

С Википедије, слободне енциклопедије
Интерактиван преглед историје
Новија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
.
 
Ред 52: Ред 52:
== Teorija ==
== Teorija ==


It is hypothesized that gravitational interactions are mediated by an as yet undiscovered elementary particle, dubbed the ''graviton''. The three other known [[force]]s of nature are mediated by elementary particles: [[electromagnetism]] by the [[photon]], the [[strong interaction]] by [[gluon]]s, and the [[weak interaction]] by the [[W and Z bosons]]. All three of these forces appear to be accurately described by the [[standard model]] of particle physics. In the [[classical limit]], a successful theory of gravitons would reduce to [[general relativity]], which itself reduces to [[Newton's law of gravitation]] in the weak-field limit.<ref>
Postoje hipoteze prema kojima su gravitacione interakcije posredovane sa jednom do sada neotkrivenom elementarnom česticom, nazvanom ''graviton''. Tri druge poznate [[sila (fizika)|sile]] prirode su posredovane elementarnim česticama: [[elektromagnetizam]] [[foton]]om, [[jaka interakcija]] [[gluon]]ima, i [[slaba interakcija]] sa [[W i Z bozoni]]ma. Sve tri od ovih sila su precizno opisane pomoću [[Standardni model|standardnog modela]] fizike elementarnih čestica. Unutar [[classical limit|klasičnih granica]], uspešna teorija gravitona bi bila redukona na [[general relativity|opštu relativnost]], koja sama biva redukovana na [[Универзални закон гравитације|Njutnov zakon gravitacije]] u granicama slabog polja.<ref>{{cite book
{{cite book
|last= Feynman |first=R. P.
|last= Feynman |first=R. P.
|last2=Morinigo |first2=F. B.
|last2=Morinigo |first2=F. B.
Ред 78: Ред 77:
}}</ref>
}}</ref>


The term graviton was originally coined in 1934 by Soviet physicists [[Dmitrii Blokhintsev]] and F. Gal'perin.<ref name=Blokhintsev/>
Termin graviton su originalno skovali 1934. godine sovjetski fizičari [[Dmitrii Blokhintsev|Dmitri Blokhintsev]] i F. Galperin.<ref name=Blokhintsev/>


=== Gravitoni i renormalizacija ===
=== Gravitoni i renormalizacija ===


When describing graviton interactions, the [[classical theory]] of [[Feynman diagram]]s, and semiclassical corrections such as [[one-loop diagram]]s behave normally. However, [[Feynman diagram]]s with at least two loops lead to [[ultraviolet divergence]]s. These infinite results cannot be removed because quantized [[general relativity]] is not [[Perturbation theory (quantum mechanics)|perturbatively]] [[renormalizable]], unlike [[quantum electrodynamics]] models such as the [[Yang–Mills theory]]. Therefore, incalculable answers are found from the perturbation method by which physicists calculate the probability of a particle to emit or absorb gravitons, and the theory loses predictive veracity. Those problems and the complementary approximation framework are grounds to show that a theory more unified than quantized general relativity is required to describe the behavior near the [[Planck scale]].
Pri opisivanju gravitonskih interakcija, [[Classical physics|klasična teorija]] [[Фајнманов дијаграм|Fejnmanovih dijagrama]], i semiklasične korekcije kao što su dijagrami sa [[One-loop Feynman diagram|jednom petljom]] normalno se ponašaju. Međutim, Fejnmanovi dijagrami sa bar dve petlje dovode do [[ultraviolet divergence|ultraljubičaste divergencije]]. Ovi beskonačni rezultati se ne mogu ukloniti zato što kvantizovana [[general relativity|generalna relativnost]] nije [[Perturbation theory (quantum mechanics)|perturbativno]] [[renormalizable|renormalizabilna]], za razliku od [[Квантна електродинамика|kvantno elektrodinamičkih]] modela kao što je [[Yang–Mills theory|Jang-Milsova teorija]]. Neiračunljivi odgovori se dobijaju iz perturbacionog metoda pomoću kojeg fizičari izračunavaju verovatnoću da čestica emituje ili apsorbuje gravitone, i konsekventno teorija gubi verodostojnost predviđanja. Ovi problemi i komplementarni aproksimacioni okvir su osnova da se pokaže da je teorija koja je u većoj meri ujedinjena nego kvantizovana generalna relativnost neophodna da se opiše ponašanje u blizini [[Планкова дужина|Plankove skale]].


=== Upoređenje sa drigim silama ===
=== Upoređenje sa drigim silama ===

Like the [[force carrier]]s of the [[fundamental interaction|other forces]] (see [[charged black hole]]), gravitation plays a role in [[general relativity]], in defining the [[spacetime]] in which events take place. [[General relativity#Definition and basic applications|In some descriptions]] energy modifies the "shape" of [[spacetime]] itself, and gravity is a result of this shape, an idea which at first glance may appear hard to match with the idea of a force acting between particles.<ref>See the other articles on [[General relativity]], [[Gravitational field]], [[Gravitational wave]], etc</ref> Because the [[diffeomorphism]] invariance of the theory does not allow any particular space-time background to be singled out as the "true" space-time background, general relativity is said to be [[background-independent]]. In contrast, the [[Standard Model]] is ''not'' background-independent, with [[Minkowski space]] enjoying a special status as the fixed background space-time.<ref>
Poput [[force carrier|nosilaca]] [[fundamental interaction|drugih sila]] (pogledajte [[charged black hole|naelektrisane crne rupe]]), gravitacija igra ulogu u [[general relativity|opštoj relativnosti]], u definisanju [[Простор-време|prostor-vremena]] u kome se događaji odvijaju. [[General relativity#Definition and basic applications|U pojedinim opisima]] energija modifikuje „oblik” samog prostora-vremena, i gravitacija je rezultat tog oblika, što je ideja koju je na prvi pogled teško uskladiti sa idejom sile koja deluje između dve čestice.<ref>See the other articles on [[General relativity]], [[Gravitational field]], [[Gravitational wave]], etc</ref> [[diffeomorphism|Difeomorfična]] invarijantnost teorije ne dozvoljava bilo kojoj prostorno-vremenskoj zaleđini da bude izdvojena kao „istinska” prostorno-vremenska zaleđina, te je stoga opšta relativnost [[background-independent|nezavisna]] od pozadine. U kontrastu s tim [[standardni model]] ''nije'' nezavistan od pozadine, i [[Minkowski space|Minkovskijev prostor]] ima specijalni status prostora-vremena sa fiksnom pozadinom.<ref>{{cite journal
{{cite journal
|last1= Colosi|first1=D.
|last1= Colosi|first1=D.
|display-authors=etal
|display-authors=etal
Ред 96: Ред 95:
|bibcode=2005CQGra..22.2971C
|bibcode=2005CQGra..22.2971C
|doi=10.1088/0264-9381/22/14/008
|doi=10.1088/0264-9381/22/14/008
}}</ref> A theory of [[quantum gravity]] is needed in order to reconcile these differences.<ref>
}}</ref> Teorija [[quantum gravity|kvantne gravitacije]] je neophodna da bi se pomirile razlike.<ref>{{cite arXiv
{{cite arXiv
|last1=Witten |first1=E.
|last1=Witten |first1=E.
|date=1993
|date=1993
|title=Quantum Background Independence In String Theory
|title=Quantum Background Independence In String Theory
|arxiv=hep-th/9306122
|arxiv=hep-th/9306122
}}</ref> Otvoreno je pitanje da li ova teorija treba da bude nezavisna od zaleđine. Odgovor na to pitanje će odrediti naše razumevanje specifične uloge gravitacije u sudbini svemira.<ref>{{cite arXiv
}}</ref> Whether this theory should be background-independent is an open question. The answer to this question will determine our understanding of what specific role gravitation plays in the fate of the universe.<ref>
{{cite arXiv
|last1=Smolin |first1=L.
|last1=Smolin |first1=L.
|date=2005
|date=2005
Ред 112: Ред 109:
=== Gravitoni u spekulativnim teorijama ===
=== Gravitoni u spekulativnim teorijama ===


[[Teorija struna]] predicts the existence of gravitons and their well-defined [[interaction]]s. A graviton in [[perturbative|perturbative string theory]] is a [[closed string]] in a very particular low-energy vibrational state. The scattering of gravitons in string theory can also be computed from the [[correlation function (quantum field theory)|correlation functions]] in [[conformal field theory]], as dictated by the [[AdS/CFT]] correspondence, or from [[Matrix theory (physics)|matrix theory]].
[[Teorija struna]] predviđa postojanje gravitona i njihove dobro definirane [[Интеракција|interakcije]]. Graviton u [[Perturbation theory (quantum mechanics)|perturbativnoj teoriji struna]] je [[String (physics)|zatvorena struna]] u veoma specifičnom nisko-energijskom vibracionom stanju. Rasipanje gravitona u teoriji struna takođe se može izračunati iz [[correlation function (quantum field theory)|korelacionih funkcija]] u [[conformal field theory|teoriji konformalnog polja]], kao što je diktirano [[AdS/CFT correspondence|-{AdS/CFT}-]] korespondencijom, ili iz [[Matrix theory (physics)|teorije matrica]].


A feature of gravitons in string theory is that, as closed strings without endpoints, they would not be bound to [[Membrane (M-Theory)|branes]] and could move freely between them. If we live on a brane (as hypothesized by [[Membrane (M-theory)|brane theories]]), this "leakage" of gravitons from the brane into higher-dimensional space could explain why gravitation is such a weak force, and gravitons from other branes adjacent to our own could provide a potential explanation for [[dark matter]]. However, if gravitons were to move completely freely between branes, this would dilute gravity too much, causing a violation of Newton's inverse-square law. To combat this, [[Lisa Randall]] found that a three-brane (such as ours) would have a gravitational pull of its own, preventing gravitons from drifting freely, possibly resulting in the diluted gravity we observe, while roughly maintaining Newton's inverse square law.<ref>Kaku, Michio (2006) [[Parallel Worlds (book)|''Parallel Worlds – The science of alternative universes and our future in the Cosmos'']]. Doubleday. pp. 218–221. {{ISBN|978-0385509862}}.</ref> See [[brane cosmology]].
Karakteristika gravitona u teoriji struna je da, kao zatvoreni nizovi bez krajnjih tačaka, oni nisu vezani za [[Membrane (M-Theory)|brane]] i mogu se slobodno kretati između njih. Ako živimo na brani (kao što je pretpostavljeno teorijama brane), ovo „curenje” gravitona iz brane u višedimenzionalni prostor moglo bi da objasni zašto je gravitacija tako slaba sila, a gravitoni iz drugih brana u blizini naše mogu pružiti potencijalno objašnjenje za [[Тамна материја|tamnu materiju]]. Međutim, ako bi se gravitoni potpuno slobodno kretali između brana, došlo bi do prevelikog razblaženja gravitacije, što bi uzrokovalo kršenje Njutnovog zakona inverznih kvadrata. Da bi rešila taj problem, [[Lisa Randall|Liza Randal]] je postulirala da bi trostruka brana (poput naše) imala svoju gravitacionu silu, koja sprečava slobodno kretanje gravitona, što može da dovede do razređene gravitacije koju uočavamo, uz grubo održavanje Njutnovog zakona inverznih kvadrata.<ref>Kaku, Michio (2006) [[Parallel Worlds (book)|''Parallel Worlds – The science of alternative universes and our future in the Cosmos'']]. Doubleday. pp. 218–221. {{ISBN|978-0385509862}}.</ref> Pogledajte [[brane cosmology|bransku kosmologiju]].


A theory by Ahmed Farag Ali and Saurya Das adds quantum mechanical corrections (using Bohm trajectories) to general relativistic geodesics. If gravitons are given a small but non-zero mass, it could explain the [[cosmological constant]] without need for [[dark energy]] and solve the [[Cosmological constant problem|smallness problem]].<ref>
Teorija koju su formulisali Ahmed Farag Ali i Saurja Das dodaje kvantno mehaničke korekcije (koristeći Bemove trajektorije) u generalnu relativističku geodeziju. Ako se gravitonima da mala nenulta masa, to može da objasni [[cosmological constant|kosmološku konstantu]] bez potrebe za [[dark energy|tamnom energijom]] i da reši problem [[Cosmological constant problem|kosmološke]] konstante.<ref>{{cite journal
{{cite journal
|last=Ali |first=Ahmed Farag
|last=Ali |first=Ahmed Farag
|date=2014
|date=2014
Ред 125: Ред 121:
|arxiv=1404.3093v3
|arxiv=1404.3093v3
|doi=10.1016/j.physletb.2014.12.057
|doi=10.1016/j.physletb.2014.12.057
|bibcode=2015PhLB..741..276F}}</ref> The theory received an Honorable Mention in the 2014 Essay Competition of the [[Gravity Research Foundation]] for
|bibcode=2015PhLB..741..276F}}</ref> Ova teorija je dobila počasno priznanje na konkursu za eseje 2014. godine [[Gravity Research Foundation|Fondacije za istraživanje gravitacije]] zbog objašnjenje male veličine kosmološke konstante.<ref>{{cite journal
explaining the smallness of cosmological constant.<ref>
{{cite journal
|last=Das|first=Saurya
|last=Das|first=Saurya
|date=2014
|date=2014
Ред 136: Ред 130:
|arxiv=1405.4011
|arxiv=1405.4011
|doi=10.1142/S0218271814420176
|doi=10.1142/S0218271814420176
|bibcode = 2014IJMPD..2342017D }}</ref> Also the theory received an Honorable Mention in the 2015 Essay Competition of the [[Gravity Research Foundation]] for naturally explaining the observed large-scale homogeneity and isotropy of the universe due to the proposed quantum corrections.<ref>
|bibcode = 2014IJMPD..2342017D }}</ref> Isto tako, teorija je dobila počasno priznanje na konkursu za eseje 2015. godine Fondacije za istraživanje gravitacije zbog prirodnog objašnjavanja homogenosti velikih dimenzija i izotropije univerzuma pomoću predloženih kvantnih korekcija.<ref>{{cite journal
{{cite journal
|last=Das|first=Saurya
|last=Das|first=Saurya
|date=2015
|date=2015

Верзија на датум 4. мај 2019. у 22:17

Graviton
KompozicijaElementarna čestica
StatistikeBoze-Ajnštajnova statistika
InterakcijeGravitacija
StatusHipotetičan
SimbolG[1]
AntičesticaSelf
Teorije1930-e[2]
Naziv se pripisuje Dmitriju Blokhintsevu i F. M. Galperinu u 1934. godini[3]
Masa0
Srednji poluživotStabilan
Naelektrisanje0 e
Spin2

U teorijama kvantne gravitacije, graviton je hipotetički kvant gravitacije, elementarna čestica koja posreduje gravitacionu silu. Ne postoji potpuna teorije kvantnog polja gravitona usled nerešenog matematičkog problema vezanog za renormalizaciju u opštoj teoriji relativnosti. U teoriji struna, za koju se smatra da je konzistentna teorija kvantne gravitacije, graviton je bezmaseno stanje fundamentalne strune.

Ako postoji, graviton očekuje se da je bez mase jer gravitacione sile deluju na veoma dugim opsezima i šire se brzinom svetlosti. Graviton must be a spin-2 boson because the source of gravitation is the stress–energy tensor, a second-order tensor (compared with electromagnetism's spin-1 photon, the source of which is the four-current, a first-order tensor). Additionally, it can be shown that any massless spin-2 field would give rise to a force indistinguishable from gravitation, because a massless spin-2 field would couple to the stress–energy tensor in the same way that gravitational interactions do. This result suggests that, if a massless spin-2 particle is discovered, it must be the graviton.[4]

Teorija

Postoje hipoteze prema kojima su gravitacione interakcije posredovane sa jednom do sada neotkrivenom elementarnom česticom, nazvanom graviton. Tri druge poznate sile prirode su posredovane elementarnim česticama: elektromagnetizam fotonom, jaka interakcija gluonima, i slaba interakcija sa W i Z bozonima. Sve tri od ovih sila su precizno opisane pomoću standardnog modela fizike elementarnih čestica. Unutar klasičnih granica, uspešna teorija gravitona bi bila redukona na opštu relativnost, koja sama biva redukovana na Njutnov zakon gravitacije u granicama slabog polja.[5][6][7]

Termin graviton su originalno skovali 1934. godine sovjetski fizičari Dmitri Blokhintsev i F. Galperin.[3]

Gravitoni i renormalizacija

Pri opisivanju gravitonskih interakcija, klasična teorija Fejnmanovih dijagrama, i semiklasične korekcije kao što su dijagrami sa jednom petljom normalno se ponašaju. Međutim, Fejnmanovi dijagrami sa bar dve petlje dovode do ultraljubičaste divergencije. Ovi beskonačni rezultati se ne mogu ukloniti zato što kvantizovana generalna relativnost nije perturbativno renormalizabilna, za razliku od kvantno elektrodinamičkih modela kao što je Jang-Milsova teorija. Neiračunljivi odgovori se dobijaju iz perturbacionog metoda pomoću kojeg fizičari izračunavaju verovatnoću da čestica emituje ili apsorbuje gravitone, i konsekventno teorija gubi verodostojnost predviđanja. Ovi problemi i komplementarni aproksimacioni okvir su osnova da se pokaže da je teorija koja je u većoj meri ujedinjena nego kvantizovana generalna relativnost neophodna da se opiše ponašanje u blizini Plankove skale.

Upoređenje sa drigim silama

Poput nosilaca drugih sila (pogledajte naelektrisane crne rupe), gravitacija igra ulogu u opštoj relativnosti, u definisanju prostor-vremena u kome se događaji odvijaju. U pojedinim opisima energija modifikuje „oblik” samog prostora-vremena, i gravitacija je rezultat tog oblika, što je ideja koju je na prvi pogled teško uskladiti sa idejom sile koja deluje između dve čestice.[8] Difeomorfična invarijantnost teorije ne dozvoljava bilo kojoj prostorno-vremenskoj zaleđini da bude izdvojena kao „istinska” prostorno-vremenska zaleđina, te je stoga opšta relativnost nezavisna od pozadine. U kontrastu s tim standardni model nije nezavistan od pozadine, i Minkovskijev prostor ima specijalni status prostora-vremena sa fiksnom pozadinom.[9] Teorija kvantne gravitacije je neophodna da bi se pomirile razlike.[10] Otvoreno je pitanje da li ova teorija treba da bude nezavisna od zaleđine. Odgovor na to pitanje će odrediti naše razumevanje specifične uloge gravitacije u sudbini svemira.[11]

Gravitoni u spekulativnim teorijama

Teorija struna predviđa postojanje gravitona i njihove dobro definirane interakcije. Graviton u perturbativnoj teoriji struna je zatvorena struna u veoma specifičnom nisko-energijskom vibracionom stanju. Rasipanje gravitona u teoriji struna takođe se može izračunati iz korelacionih funkcija u teoriji konformalnog polja, kao što je diktirano AdS/CFT korespondencijom, ili iz teorije matrica.

Karakteristika gravitona u teoriji struna je da, kao zatvoreni nizovi bez krajnjih tačaka, oni nisu vezani za brane i mogu se slobodno kretati između njih. Ako živimo na brani (kao što je pretpostavljeno teorijama brane), ovo „curenje” gravitona iz brane u višedimenzionalni prostor moglo bi da objasni zašto je gravitacija tako slaba sila, a gravitoni iz drugih brana u blizini naše mogu pružiti potencijalno objašnjenje za tamnu materiju. Međutim, ako bi se gravitoni potpuno slobodno kretali između brana, došlo bi do prevelikog razblaženja gravitacije, što bi uzrokovalo kršenje Njutnovog zakona inverznih kvadrata. Da bi rešila taj problem, Liza Randal je postulirala da bi trostruka brana (poput naše) imala svoju gravitacionu silu, koja sprečava slobodno kretanje gravitona, što može da dovede do razređene gravitacije koju uočavamo, uz grubo održavanje Njutnovog zakona inverznih kvadrata.[12] Pogledajte bransku kosmologiju.

Teorija koju su formulisali Ahmed Farag Ali i Saurja Das dodaje kvantno mehaničke korekcije (koristeći Bemove trajektorije) u generalnu relativističku geodeziju. Ako se gravitonima da mala nenulta masa, to može da objasni kosmološku konstantu bez potrebe za tamnom energijom i da reši problem kosmološke konstante.[13] Ova teorija je dobila počasno priznanje na konkursu za eseje 2014. godine Fondacije za istraživanje gravitacije zbog objašnjenje male veličine kosmološke konstante.[14] Isto tako, teorija je dobila počasno priznanje na konkursu za eseje 2015. godine Fondacije za istraživanje gravitacije zbog prirodnog objašnjavanja homogenosti velikih dimenzija i izotropije univerzuma pomoću predloženih kvantnih korekcija.[15]

Vidi još

Reference

  1. ^ G is used to avoid confusion with gluons (symbol g)
  2. ^ Rovelli, C. (2001). „Notes for a brief history of quantum gravity”. arXiv:gr-qc/0006061 Слободан приступ. 
  3. ^ а б Blokhintsev, D. I.; Gal'perin, F. M. (1934). „Гипотеза нейтрино и закон сохранения энергии” [Neutrino hypothesis and conservation of energy]. Pod Znamenem Marxisma (на језику: руски). 6: 147—157. 
  4. ^ For a comparison of the geometric derivation and the (non-geometric) spin-2 field derivation of general relativity, refer to box 18.1 (and also 17.2.5) of Misner, C. W.; Thorne, K. S.; Wheeler, J. A. (1973). Gravitation. W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0344-0. 
  5. ^ Feynman, R. P.; Morinigo, F. B.; Wagner, W. G.; Hatfield, B. (1995). Feynman Lectures on Gravitation. Addison-Wesley. ISBN 0-201-62734-5. 
  6. ^ Zee, A. (2003). Quantum Field Theory in a Nutshell. Princeton University Press. ISBN 0-691-01019-6. 
  7. ^ Randall, L. (2005). Warped Passages: Unraveling the Universe's Hidden Dimensions. Ecco Press. ISBN 0-06-053108-8. 
  8. ^ See the other articles on General relativity, Gravitational field, Gravitational wave, etc
  9. ^ Colosi, D.; et al. (2005). „Background independence in a nutshell: The dynamics of a tetrahedron”. Classical and Quantum Gravity. 22 (14): 2971—2989. Bibcode:2005CQGra..22.2971C. arXiv:gr-qc/0408079 Слободан приступ. doi:10.1088/0264-9381/22/14/008. 
  10. ^ Witten, E. (1993). „Quantum Background Independence In String Theory”. arXiv:hep-th/9306122 Слободан приступ. 
  11. ^ Smolin, L. (2005). „The case for background independence”. arXiv:hep-th/0507235 Слободан приступ. 
  12. ^ Kaku, Michio (2006) Parallel Worlds – The science of alternative universes and our future in the Cosmos. Doubleday. pp. 218–221. ISBN 978-0385509862.
  13. ^ Ali, Ahmed Farag (2014). „Cosmology from quantum potential”. Physics Letters B. 741: 276—279. Bibcode:2015PhLB..741..276F. arXiv:1404.3093v3 Слободан приступ. doi:10.1016/j.physletb.2014.12.057. 
  14. ^ Das, Saurya (2014). „Cosmic coincidence or graviton mass?”. International Journal of Modern Physics D. 23 (12): 1442017. Bibcode:2014IJMPD..2342017D. arXiv:1405.4011 Слободан приступ. doi:10.1142/S0218271814420176. 
  15. ^ Das, Saurya (2015). „Bose–Einstein condensation as an alternative to inflation”. International Journal of Modern Physics D. 24 (12): 1544001—219. Bibcode:2015IJMPD..2444001D. arXiv:1509.02658 Слободан приступ. doi:10.1142/S0218271815440010. 

Spoljašnje veze

Graviton на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Graviton&oldid=21855663”