중력

Graviton
중력
구성.소립자
통계 정보보스-아인슈타인 통계
가족텐서 보손
상호 작용중력
상황가설
기호.G[1]
반입자자신
이론화1930년대[2]
그 이름은 드미트리 블록힌트세프와 F에 기인한다.1934년[3] M. 갈페린
덩어리0
6×10−32 eV/c2 미만[4]
평균 수명안정적인.
전하0 e
스핀2

양자 중력 이론에서, 중력자는 중력 상호작용의 힘을 매개하는 소립자가상중력의 양자이다.일반상대성이론재규격화에 대한 수학적인 문제 때문에 중력자의 완전한 양자장 이론은 없다.양자 중력의 일관된 이론으로 믿어지는이론에서, 중력자는 기본 끈의 질량이 없는 상태입니다.

만약 존재한다면 중력자는 질량이 없을 것으로 예상된다. 왜냐하면 중력은 매우 길고 빛의 속도로 전파되는 것처럼 보이기 때문이다.중력원은 2차 텐서인 응력-에너지 텐서이기 때문에 중력자는 스핀-2 보손이어야 한다(전자석스핀-1 광자와 비교하여 4차 전류, 1차 텐서).또한 질량이 없는 스핀-2 장은 중력 상호작용과 같은 방식으로 응력-에너지 텐서와 결합하기 때문에 중력과 구별할 수 없는 힘을 발생시킬 수 있다.이 결과는 질량이 없는 스핀-2 입자가 발견되면 중력자임이 [5]틀림없다는 것을 시사한다.

이론.

중력 상호작용은 중력자라고 불리는 아직 발견되지 않은 소립자에 의해 매개된다는 가설이 있다.자연의 다른 세 가지 알려진 힘은 소립자에 의해 매개된다: 광자에 의한 전자력, 글루온에 의한 강한 상호작용, 그리고 W와 Z 보손에 의한 약한 상호작용.이 세 가지 힘은 모두 입자물리학의 표준모형에 의해 정확하게 기술된 것으로 보입니다.고전적인 한계에서, 중력자의 성공적인 이론은 일반 상대성 이론으로 줄어들 것이고, 그 자체가 약장 [6][7][8]한계에서 뉴턴의 중력의 법칙으로 줄어들 입니다.

역사

그라비톤이라는 용어는 1934년 소련 물리학자 드미트리 블록힌트세프 F.M. [3]갈페린에 의해 처음 만들어졌다.피에르-시몽 라플라스는 [9]입자에 의한 중력 상호작용의 중재를 기대했다.광자에 대한 뉴턴의 예상처럼, 라플레이스의 예상 "중력자"는 현대 이론에서 예상되는 중력자의 속도인 c보다 더 빨랐고, 이러한 이론들이 라플레이스의 생전에 아직 존재하지 않았기 때문에 양자 역학이나 특수 상대성 이론과 관련이 없었다.

중력 및 재규격화

중력자 상호작용을 설명할 때 파인만 다이어그램의 고전 이론과 원루프 다이어그램과 같은 반고전적 보정은 정상적으로 동작합니다.그러나 적어도 2개의 루프가 있는 파인만 다이어그램은 자외선 [citation needed]분산을 일으킨다.양자화된 일반상대성이론양자전기역학 양-밀스 이론과 같은 모형과 달리 섭동적으로 재규격화할 수 없기 때문에 이러한 무한한 결과는 제거될 수 없다.따라서 물리학자들이 중력자를 방출하거나 흡수할 입자의 확률을 계산하는 섭동법에서 헤아릴 수 없는 해답이 발견되고, 이 이론은 예측적 진실성을 잃는다.이러한 문제와 보완적 근사 프레임워크는 플랑크 척도 부근의 행동을 설명하기 위해 양자화된 일반 상대성 이론보다 더 통일된 이론이 필요하다는 것을 보여주는 근거가 된다.

다른 힘과의 비교

다른 운반체처럼(광자, 글루온 참조) 중력은 사건이 일어나는 시공간을 정의하는 일반 상대성 이론에서 역할을 한다.어떤 기술에서는 에너지가 시공간 자체의 "모양"을 수정하고, 중력은 이러한 형태의 결과이며,[10] 언뜻 보기에 입자 사이에 작용하는 힘의 개념과 일치하기 어려워 보일 수 있습니다.이론의 미분동형 불변성은 어떤 특정한 시공간 배경이 "진정한" 시공간 배경으로 선택되는 것을 허용하지 않기 때문에 일반상대성이론은 배경에 의존하지 않는다고 한다.반면, 표준 모델은 배경 독립적이지 않으며, 민코프스키 공간은 고정된 배경 [11]시공간으로서 특별한 상태를 누린다.양자중력 이론은 이러한 차이를 조화시키기 위해 필요하다.[12]이 이론이 배경과 무관해야 하는지는 미해결 문제이다.이 질문에 대한 답은 우주의 [13]운명에서 중력이 어떤 특정한 역할을 하는지에 대한 우리의 이해를 결정할 것이다.

사상이론의 중력

이론은 중력자의 존재와 그들의 명확한 상호작용을 예측한다.섭동 끈 이론에서 중력자는 매우 특별한 저에너지 진동 상태에 있는 닫힌 끈이다.끈 이론에서 중력자의 산란은 AdS/CFT 대응에 의해 지시된 등각장 이론의 상관 함수 또는 행렬 [citation needed]이론에서 계산될 수 있다.

끈 이론에서 중력자의 특징은 끝점이 없는 닫힌 끈으로서, 그것들은 가지에 얽매이지 않고 그들 사이에서 자유롭게 이동할 수 있다는 것이다.만약 우리가 브레인 이론에서 가정한 바와 같이 브레인 위에 산다면, 브레인에서 고차원 공간으로 중력자가 유출되는 것은 중력이 왜 그렇게 약한 힘인지 설명할 수 있을 것이고, 우리 자신의 것과 인접한 다른 가지에서 중력자는 암흑 물질에 대한 잠재적인 설명을 제공할 수 있을 것입니다.그러나 중력자가 지느러미 사이에서 완전히 자유롭게 움직인다면, 이것은 중력을 너무 희석시켜 뉴턴의 역제곱 법칙을 위반하게 만들 것이다.이에 맞서기 위해, 리사 랜달은 뉴턴의 역제곱 [14]법칙을 대략 유지하면서도 중력자가 자유롭게 떠다니는 것을 막고, 우리가 관찰하는 희석된 중력을 초래할 수 있다는 것을 발견했습니다.브레인 우주론을 참조하십시오.

Ahmed Farag Ali와 Saurya Das의 이론은 일반 상대론적 측지학에 양자 역학적 보정(Bohm 궤적을 사용)을 추가합니다.중력자에 0이 아닌 작은 질량이 주어지면 암흑에너지를 필요하지 않고 우주 상수를 설명하여 소량 [15]문제를 해결할 수 있다.이 이론은 2014년 중력연구재단 논술대회에서 우주상수의 [16]작은 크기를 설명하여 명예상을 받았다.또한 이 이론은 2015년 중력연구재단 논술대회에서 [17]양자보정 제안으로 관측된 우주의 대규모 균질성과 등방성을 자연스럽게 설명하여 명예롭게 언급되었다.

에너지 및 파장

중력자는 질량이 없는 것으로 추정되지만, 다른 양자 입자와 마찬가지로 여전히 에너지를 운반할 것이다.광자 에너지와 글루온 에너지 또한 질량 없는 입자에 의해 운반된다.어떤 변수가 중력자 에너지, 즉 하나의 중력자가 운반하는 에너지의 양을 결정할지는 불분명합니다.

또는 중력자가 조금이라도 질량이 크다면 중력파 분석 결과 중력자 질량에 대한 새로운 상한이 도출되었다.중력자의 콤프턴 파장 7.7×1016−23 eV/c2 이하의 중력 질량에 해당하는 최소 1.6×10m [18]또는 약 1.6광년이다.파장과 질량 에너지 사이의 이러한 관계는 전자파장과 광자 에너지를 관련짓는 것과 같은 공식인 플랑크-아인슈타인 관계로 계산된다.그러나 중력자가 중력파의 양자라면 중력자의 콤프턴 파장은 중력파의 파장과 같지 않기 때문에 파장과 그에 대응하는 입자 에너지의 관계는 근본적으로 광자와 다르다.대신 하한 중력 콤프턴 파장은 GW170104 이벤트의 중력 파장 약 9×10배이며9, 약 1700km이다.이 보고서는[18] 이 비율의 출처에 대해 자세히 설명하지 않았다.중력자가 중력파의 양자가 아니거나 두 현상이 서로 다른 방식으로 연관되어 있을 수 있습니다.

실험 관찰

개별 중력자의 명확한 검출은 기본 법칙에 의해 금지되지 않지만 물리적으로 합리적인 [19]검출기에는 불가능하다.그 이유는 중력자와 물질의 상호작용에 대한 단면이 매우 낮기 때문이다.예를 들어, 목성의 질량과 100% 효율을 가진 검출기는 중성자별 주위의 근접 궤도에 배치되어 가장 유리한 조건에서도 10년마다 하나의 중력자를 관측할 것으로 예상된다.필요한 중성미자 차폐의 치수가 블랙홀[19]붕괴할 것이기 때문에 중성미자의 배경에서 이러한 현상을 구별하는 것은 불가능하다.

LIGO처녀자리 공동작업의 관측 [20][21][22]결과 중력파가 직접 검출됐다.다른 사람들은 중력자 산란이 입자 상호작용이 일관성 [23]있는 상태를 만들어 낼 때 중력파를 발생시킨다고 가정했다.비록 이러한 실험들은 개별 중력자를 발견할 수 없지만, 중력자의 [24]특정 특성에 대한 정보를 제공할 수 있다.예를 들어 중력파가 c(진공에서 빛의 속도)보다 느리게 전파되는 것이 관찰되면 중력파가 질량을 가지고 있음을 의미한다(그러나 중력파가 [25]검출되려면 질량 밀도가 0이 아닌 영역에서 c보다 느리게 전파되어야 한다).최근 중력파를 관측한 결과 중력자 [20]질량에 1.2×10−22 eV/c2 상한이 설정됐다.은하계의 운동학, 특히 은하 회전 문제수정된 뉴턴 역학에 대한 천문학적 [26][27]관측은 질량이 0이 아닌 중력자를 가리킬 수 있습니다.

어려움과 미해결 문제

중력자를 포함하는 대부분의 이론은 심각한 문제를 겪는다.중력자를 추가함으로써 표준 모형이나 다른 양자장 이론을 확장하려는 시도는 플랑크 척도에 가깝거나 그 이상의 에너지에서 심각한 이론적 어려움에 직면합니다.이것은 양자 효과로 인해 발생하는 무한함 때문이다; 기술적으로 중력은 다시 정규화할 수 없다.이러한 에너지에서는 고전적인 일반상대성이론과 양자역학은 양립할 수 없는 것처럼 보이기 때문에 이론적인 관점에서 이 상황은 지속할 수 없다.가능한 해결책 중 하나는 입자를 으로 교체하는 것입니다.끈 이론은 고전적인 일반 상대성 이론과 낮은 에너지에서의 장 이론으로 환원된다는 점에서 중력의 양자 이론이지만, 완전히 양자 기계적이고 중력자를 포함하고 수학적으로 일관성이 있다고 [28]생각됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크