[논문 리뷰] Gravitons as super-strong interacting particles, and low-energy quantum gravity

Michael A. Ivanov|ArXiv.org|2005. 06. 22.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 11인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 중력보가 초강력 상호작용을 하는 입자로 이루어진 저온 배경을 형성하며, 우주적 적색이동과 파이오니어 이상현상이 팽창이나 암흑 에너지가 아니라 광자-중력보 상호작용으로 인해 발생할 수 있음을 제안한다. 새로운 상호작용 상수를 도입하고, 뉴턴 중력의 양자역학적 메커니즘을 유도하며, 레이저 실험에서 허블 상수와 유사한 값을 예측함으로써 표준 천체역학과 일반 상대성 이론의 검증 가능한 대안을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 우주적 적색이동을 도플러 시프트가 아니라 양자중력 효과로 재해석함으로써 표준 천체역학 이론을 도전한다.
• 파이오니어 10 이상현상을 저온 중력보 배경에서 광자-중력보 상호작용의 결과로 설명한다.
• 중력보 쌍화와 물질의 원자 구조를 기반으로 한 양자역학적 메커니즘을 제안하여 고전적 중력을 재구성하고, 시간의 비대칭성을 설명한다.
• 단일 중력보 상호작용을 특징짓는 새로운 차원 상수를 유도하고, 관측 가능한 천체역학적 매개변수와 연결한다.
• 레이저 빔 충돌을 통한 실험적 검증을 제안하여 중력보 유도 광자 에너지 이동을 탐지한다.

제안 방법

• 우주적 적색이동 크기를 근거로 단일 중력보 상호작용을 특징짓는 새로운 차원 상수를 도입한다.
• 중력보 배경을 초강력 상호작용을 하는 입자들의 저온 해로 모델링하며, 평균 중력보 에너지는 약 10⁻³ eV이다.
• 통계역학을 사용하여 비탄성 충돌로 인한 광자 플럭스의 감쇠를 유도하고, 적색이동과 유사한 효과를 예측한다.
• 중력보 쌍화와 물질의 원자 구조를 기반으로 한 뉴턴 근사에서의 양자중력 메커니즘을 구성하여 시간 비대칭적 인력으로 이어진다.
• 레이저 실험에 대한 허블 상수의 유사체를 유도하며, 실제 조건(He-Ne 레이저, L=1m)에서 H_laser ~ 0.06 s⁻¹로 추정한다.
• 두 빔이 길이 L 동안 충돌하도록 하는 레이저 기반 실험을 제안하여, 에너지 hν₁−hν₂를 가진 광자가 ~10⁷ Hz에서 발생할 것으로 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 우주적 적색이동은 우주의 팽창이 아니라 광자-중력보 상호작용으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 파이오니어 10 이상현상은 저에너지 중력보 배경과의 지속적 충돌로 인해 발생하는가?
• RQ3 중력보 쌍화를 기반으로 한 양자중력 메커니즘이 뉴턴 중력을 재현하고 시간 비대칭성을 설명할 수 있는가?
• RQ4 중력보 유도 광자 에너지 이동으로 인해 레이저 실험에서 측정 가능한 비선형 진공 효과가 존재하는가?
• RQ5 허블 상수는 중력보 배경 압력과 상호작용 강도의 결과로 재해석될 수 있는가?

주요 결과

• 논문은 우주적 적색이동 데이터로부터 유도된 새로운 상호작용 상수를 도입하여 단일 중력보 상호작용를 특징짓는다.
• 중력보 충돌로 인한 광자 플럭스 감쇠가 초신성 1a 관측 데이터와 z < 0.5 범위에서 잘 맞아떨어지며, 암흑 에너지나 가속 팽창이 필요하지 않다.
• 모델에서 유도된 이론적 허블 상수의 값은 관측된 값과 양호한 일치를 보이며, 제안된 메커니즘의 타당성을 뒷받침한다.
• 예측된 레이저 실험은 L=1m일 때 약 10⁷ Hz에서 hν₁−hν₂ 에너지를 가진 광자를 탐지할 수 있으며, 실험적으로 접근 가능하다.
• 모델은 질량이 큰 천체가 중력보 충돌로 인해 감속됨을 예측하며, 이는 파이오니어 10 이상현상의 크기와 일치한다.
• 모델은 블랙홀의 경우 아인슈타인의 등가원리가 붕괴될 수 있음을 암시하며, 블랙홀은 중력보 해와의 집합체로서 상호작용할 것이다.