シンメトロンの重力は静電気に似ていることが判明しました

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Anonim
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アメリカの理論物理学者は、重力の対称理論を検討し、場合によっては、単純な静電アナロジー、たとえば鏡像法がその中で機能することを示しました。これにより、計算が大幅に簡素化される場合があります。新しい方法を使用して、科学者は点質量と球の間の相互作用の力を計算し、均一な対称場に配置された楕円体が回転し、場に沿って整列することも示しました。記事はPhysicalReviewDに掲載されました。

1961年、理論物理学者のカールブランズとロバートディッケは、マッハの原理と互換性のあるスカラーテンソル重力の理論を開発しました。言い換えれば、彼らは物質と重力に加えて、時空を定義するいくつかの実体がまだあると仮定しました。 Brans-Dicke理論では、このエンティティは新しいスカラー場です。理論を構築するときにマッハの原理が物理学者にとって非常に重要であることが判明した理由は、この記事で詳しく読むことができます。

この場合、ある限界または別の限界におけるすべての代替重力理論は、一般相対性理論に移行する必要があります。たとえば、修正された理論の違いは宇宙論的スケールで役割を果たすかもしれませんが、太陽系内では見えないままです。 2004年に、ジャスティン・コーリーとアマンダ・ウェルトマンは、地球や太陽のような巨大な物体の近くで抑制されるが、それらからさらに離れて増幅される仮想のカメレオン場を考慮することによって、そのような理論を最初に提案しました。したがって、物質の平均密度がそれほど高くない宇宙論的スケールでは、そのような場は暗黒エネルギーの役割を果たし、宇宙の膨張を加速することができます。しかし、その後、理論家はそのような理論を構築する可能性を考慮しただけであり、カメレオン場のそのような振る舞いを引き起こすメカニズムを提案しませんでした。

2006年、KurtHinterbichlerとJustinKhouryはカメレオン重力のアイデアを開発し、ブランス-ディッケ理論に基づいたシンメトロンモデルを提案しました。このモデルでは、スカラー場の質量は自発的対称性の破れから生じます。同じメカニズムが通常の粒子(ヒッグスメカニズム)でも機能し、フィールドとそれ自体との相互作用を決定するポテンシャルの種類に本質的に関連しています。この可能性の最も単純な例は、メキシカンハットです。ボーズ凝縮体の振動の種類に関するニュースレターで自発的対称性の破れについて詳しく読むことができます。また、理論物理学者のドミトリー・カザコフの説明を聞くこともできます。

シンメトロンモデルでは、ポテンシャルはシンメトロン場の大きさだけでなく、物質の密度にも依存します。このため、フィールドのダイナミクスは、私たちが巨大な物体からどれだけ離れているかによって変化します。真空中では、シンメトロン場のボソンの質量は実効ポテンシャルのパラメータによってのみ決定され、低エネルギーの限界では、理論は大量の光子で静電を再現します。つまり、湯川理論に似ています。物質の密度が高いと、「メキシコの帽子」は「ピット」に変わり、自発的な対称性の破れはありません。ボソンの質量はゼロです。ただし、今回も理論は大規模な静電気を再現し、質量スケールのみが物質の密度によって決定され、初期ポテンシャルのパラメーターによっては決定されません。

リリー・オグデンが率いる理論物理学者のグループは、いくつかの特別な場合に、物質、重力、およびシンメトロン場のダイナミクスを記述する方程式を解きます。一般的に、これらの方程式は非線形です。つまり、解くのが困難です。これは通常、強力なコンピューターと複雑なアルゴリズムを使用して数値的に行われます。ただし、静電アナロジーは対称モデルで使用できることがわかります。たとえば、画像の方法が使用できるため、大きな物体の近くにある小さな物体に作用する力を簡単に計算できます。多くの場合、これにより計算が簡素化されます。

まず、物理学者は、薄壁と厚壁の球に対して「正直な」計算を実行しました。前者の場合、球内のシンメトロン場は一定でゼロに等しいと仮定され、後者の場合、表面上の値に等しいと仮定されました。さらに、理論家は、無限大(問題がない場合)では、場はその真空値に等しいと信じていました。どちらの場合も、物理学者は球の表面の磁場が真空値とどのように異なるかを探していました。 「厚い」球の場合、差はより速く減少することが判明しました。さらに、厚壁の球の表面近くでは、重力とシンメトロンの場の勾配は同等であることが判明しました。

その後、科学者たちは、空間の半分が均一に大量の物質で満たされ、残りの半分が空のままである場合を検討しました。この場合、半空間を分割する平面の近くに配置されたテストボディは、一定の力でそれに引き付けられました。

これらはすべて、同様の効果が観察される静電気の場合と非常に似ていました。一般的に、これは驚くべきことではありません。確かに、シンメトロン場の方程式が小さな場の質量と高い物質密度の限界でどのように見えるかを推定しましょう。空の空間では、それは私たちによく知られているラプラス方程式に変換され、物質の密度が高い領域では、ポアソン方程式に変換されます(先頭の順序で)。同じ方程式が通常の静電ポテンシャルを表しています。厚肉の球は帯電した絶縁体に似ており、薄肉の球は理想的な導体であることがわかります。

したがって、シンメトロンモデルで質量体に作用する力の近似計算には、画像法を適用できます。この方法は、試験電荷と閉じた帯電表面との間に生じる力を直接計算するのではなく、表面の境界条件が満たされるように「架空の」点電荷を選択するという事実に基づいています。その場合、テスト電荷と表面の間の相互作用の力は、架空の電荷との相互作用の力に等しくなります。静電気の鏡像法に関するパズルの例は、たとえば、こことここにあります。

同様に、理論家は、点質量と薄い壁の球との間の相互作用の力を計算しました。これを行うために、彼らは球を2つの点質量画像に置き換え、シェルの厚さに等しい距離だけ互いに対してシフトしました。引力に加えて、質量は反発を経験し、その大きさは表面に近づくにつれて増加しますが、力の表現は、2006年の元の作業でHinterbichlerとKhouryによって得られた結果と一致します。球の理論、密度、半径の値を正しく選択すると、反発力が引力を圧倒する可能性があることは興味深いことです-古典的な重力理論では不可能な効果が発生します。

さらに、科学者は、フィールドが均一であっても、細長い薄壁の物体(たとえば楕円体)がフィールドに沿って展開することを発見しました。古典的な重力では、問題の対称性のためにこの効果も不可能であるため、科学者は理論の妥当性をテストするためにそれを使用することを提案します。

一般的に言って、科学では、いくつかの効果を説明するために発明された理論が、まったく異なる分野で適用されることがよくあります。たとえば、1次元の電子液体は、超低温のボースガスを使用してモデル化できます。最近では、モスクワ物理技術研究所の科学者が、アモルファス体を説明するために開発された理論を使用して、細菌Shewanellaoneidensisの電気的特性を説明できることを示しました。

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