[論文レビュー] Gravitons as super-strong interacting particles, and low-energy quantum gravity

Michael A. Ivanov|ArXiv.org|Jun 22, 2005

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 11被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、重力子が超強力な相互作用を持つ粒子からなる低温背景を形成すると提案し、宇宙赤方偏移やピオネア・アノマリーを、宇宙の膨張やダークエネルギーではなく、光子-重力子相互作用によって説明できると主張している。新しい相互作用定数を導入し、ニュートン的重力の量子重力的メカニズムを導出し、レーザー実験におけるハッブル定数に類似した定数を予測する。これは標準的宇宙論および一般相対性理論の検証可能な代替案を提示する。

ABSTRACT

It is shown by the author that if gravitons are super-strong interacting particles and the low-temperature graviton background exists, the basic cosmological conjecture about the Dopplerian nature of redshifts may be false. In this case, a full magnitude of cosmological redshift would be caused by interactions of photons with gravitons. A new dimensional constant which characterizes one act of interaction is introduced and estimated. Non-forehead collisions with gravitons will lead to a very specific additional relaxation of any photonic flux. It gives a possibility of another interpretation of supernovae 1a data - without any kinematics. Of course, all of these facts may implicate a necessity to change the standard cosmological paradigm. Some features of a new paradigm are discussed here, too. A quantum mechanism of classical gravity based on an existence of this sea of gravitons is described for the Newtonian limit. This mechanism needs graviton pairing and "an atomic structure" of matter for working it, and leads to the time asymmetry. If the considered quantum mechanism of classical gravity is realized in the nature, than an existence of black holes contradicts to Einstein's equivalence principle. It is shown that in this approach the two fundamental constants - Hubble's and Newton's ones - should be connected between themselves. The theoretical value of the Hubble constant is computed. In this approach, every massive body would be decelerated due to collisions with gravitons that may be connected with the Pioneer 10 anomaly. It is shown that the predicted and observed values of deceleration are in good agreement. Some unsolved problems are discussed, so as possibilities to verify some conjectures in laser-based experiments.

研究の動機と目的

• 宇宙赤方偏移をドップラー効果ではなく、量子重力的効果として再解釈することで、標準的宇宙論的パラダイムに挑戦すること。
• ピオネア10号の異常を、低温の重力子背景における光子-重力子相互作用の結果として説明すること。
• 重力子のペアリングと物質の原子構造に基づく、古典的重力の量子メカニズムを提示し、時間非対称性を生じさせること。
• 単一の重力子相互作用を特徴付ける新しい次元定数を導出し、観測可能な宇宙論的パラメータと結びつけること。
• レーザー光ビームの衝突を用いた実験による検証を提案し、重力子に起因する光子エネルギーシフトを検出すること。

提案手法

• 宇宙赤方偏移の大きさから導出された、単一の重力子相互作用を特徴付ける新しい次元定数を導入する。
• 重力子背景を、平均エネルギーが約10⁻³ eVの超強力な相互作用を持つ粒子の低温の海としてモデル化する。
• 統計力学を用いて、非弾性衝突による光子フラックスの緩和を導出し、赤方偏移に類似した効果を予測する。
• 重力子のペアリングと物質の原子構造に基づくニュートン的極限における量子重力メカニズムを構築し、時間非対称な引力を導く。
• レーザー実験におけるハッブル定数に類似した定数を導出し、実際のパrameters（He-Neレーザー、L=1m）を想定してH_laser ~ 0.06 s⁻¹を推定する。
• 2本のビームが長さLで衝突するレーザー実験を提案し、エネルギー差hν₁−hν₂を持つ光子が発生することを予測し、L=1mの場合に約10⁷ Hzの周波数で観測可能であると想定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙赤方偏移は、宇宙の膨張ではなく、光子-重力子相互作用によって説明可能か？
• RQ2 ピオネア10号の異常は、低エネルギーの重力子背景との連続的衝突に起因するか？
• RQ3 重力子のペアリングに基づく量子重力メカニズムは、ニュートン的重力を再現し、時間非対称性を説明できるか？
• RQ4 重力子に起因する光子エネルギーシフトによって、レーザー実験で測定可能な非線形な真空中効果が生じるか？
• RQ5 ハッブル定数は、重力子背景の圧力と相互作用強度の結果として再解釈可能か？

主な発見

• 本稿では、宇宙赤方偏移データから導出された、単一の重力子相互作用を特徴付ける新しい相互作用定数を推定している。
• 重力子衝突に起因する光子フラックスの緩和は、z < 0.5の範囲で超新星1aの観測データと一致し、ダークエネルギーの導入や加速膨張の仮定を必要としない。
• モデルから導出された理論的ハッブル定数の値は、観測値と良好な一致を示しており、提案されたメカニズムの妥当性を支持する。
• 予測されるレーザー実験では、L=1mの条件下でエネルギー差hν₁−hν₂を持つ光子が約10⁷ Hzの周波数で検出可能であり、実験的に検出可能である。
• モデルは、質量を持つ物体が重力子衝突により減速することを予測しており、ピオネア10号の異常の大きさと整合的である。
• モデルは、ブラックホールが重力子の海と集団的物体として相互作用することを示唆し、アインシュタインの等価原理の破綻を示唆する。