Russiske videnskabsmænd finder fejl i populære teorier om tyngdekraft

Ved at bruge en model af sorte huller, forskere fra Ural Federal University (UrFU, Jekaterinburg) fastslog, at en populær teori om tyngdekraft, der så ud til at fungere perfekt på det kosmologiske niveau (en underklasse af Horndeski-teorien) ikke gælder i den virkelige verden. De har offentliggjort deres resultater i Klassisk og kvantetyngdekraft .

Moderne fysik har akkumuleret en masse forudsætninger for revision af generel relativitetsteori, inklusive den accelererede udvidelse af universet, tilstedeværelsen af ​​mørkt stof, og umuligheden af ​​at renormalisere tyngdekraften. Alle de fundamentale interaktioner, som videnskaben kender, er blevet beskrevet i kvantesprog undtagen gravitation. Disse små uoverensstemmelser indikerer, at relativitetsteorien ikke er den endelige teori om gravitation, men en tilnærmelse (en lignende historie fandt sted med Newtons teori). Teoretiske fysikere foreslår konstant udvidede teorier om tyngdekraften, og disse modeller skal sammenlignes med observationer.

En af de simpleste versioner af en sådan udvidet teori optræder under den antagelse, at gravitationskonstanten (en fundamental fysisk størrelse, der er den samme i tid og på alle punkter i universet) ikke er en konstant, men et felt, der kan variere i tid og rum. Forskere kan ikke måle dette langsomt skiftende felt med nøjagtighed, og kun derfor opfatter det som en konstant. Denne teori angiver tyngdekraften med et skalarfelt (kun givet et tal ved hvert punkt). Sådan er den første og enkleste teori om tyngdekraften med et skalarfelt, Brans-Dicke teorien, blev formuleret. Denne og lignende teorier anses for at være blandt de mest lovende måder at udvide generel relativitet på.

I hendes arbejde, Daria Tretyakova, PhD fra UrFU, sammen med sin kollega fra University of Tokyo, udforsket en af ​​disse teorier - den såkaldte Horndeski-teori. Horndeski-rammen giver den mest generelle teori om tyngdekraft med et skalarfelt, uden ustabilitet, og indeholder "sund" fysik - dvs. uden usædvanlige stofparametre, for eksempel, negativ eller imaginær masse.

På det kosmologiske plan, en underklasse af Horndeski-modeller, som er symmetriske med hensyn til skift af skalarfeltet i rum og tid, har hjulpet videnskabsmænd med at beskrive den accelererede udvidelse af universet uden at ty til yderligere teorier. Disse modeller blev valgt til strenge og omfattende tests. Forfatterne af papiret betragtede Horndeski-modellerne på astrofysisk skala - skalaen af ​​individuelle objekter i universet - og fastslog, at sorte huller (som rigtige objekter) viser sig at være ustabile i de modeller, som tidligere med succes har vist sig i kosmologien.

Følgelig, disse modeller er ikke egnede til at beskrive det virkelige univers, fordi sorte huller i øjeblikket menes at eksistere i rummet som stabile objekter. Imidlertid, forskerne har foreslået en måde at konstruere Horndeski-modeller på, der sikrer sorte hullers stabilitet. Artiklen er et skridt mod en ny teori om tyngdekraften, der opfylder kravene i moderne fysik. Nu, forfatterne planlægger at udsætte de nyligt foreslåede modeller for standardtests for at kontrollere deres tilstrækkelighed i kosmologisk og astrofysisk skala.