[논문 리뷰] Screening the graviton background, graviton pairing, and Newtonian gravity

Michael A. Ivanov|ArXiv.org|2002. 06. 30.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 3인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 뉴턴 역학적 중력이 초강력으로 상호작용하는 중보자의 배경에서 기인하는 압력으로부터 유도되며, 반발력을 균형 잡기 위해 중보자 쌍이 필수적임을 제안한다. 중보자 쌍 형성에 의해 인력이 순수하게 남는다. 중력 상수 G는 $ H^2 / T^4 $ 비례함을 유도하여, 허블 상수의 이론적 추정치를 $ 2.14 \times 10^{-18}\ \text{s}^{-1} $ 로 도출하며, 이 모델에 따르면 블랙홀은 등가원리 위반을 일으킬 수 있다.

ABSTRACT

It is shown that screening the background of super-strong interacting gravitons creates for any pair of bodies as an attraction force as well an repulsion force due to pressure of gravitons. For single gravitons, these forces are approximately balanced, but each of them is much bigger than a force of Newtonian attraction. If single gravitons are pairing, a body attraction force due to pressure of such graviton pairs is twice exceeding a corresponding repulsion force under the condition that graviton pairs are destructed by collisions with a body. If the considered quantum mechanism of classical gravity is realized in the nature, then an existence of black holes contradicts to Einstein's equivalence principle. In such the model, Newton's constant is proportional to $H^{2}/T^{4},$ where $H$ is the Hubble constant, $T$ is an equivalent temperature of the graviton background. The estimate of the Hubble constant is obtained $H=2.14 \cdot 10^{-18} s^{-1}$ (or $66.875 km \cdot s^{-1} \cdot Mpc^{-1}$).

연구 동기 및 목표

• 뉴턴 역학적 중력을 기하학적 성질이 아닌 중보자 배경 압력에서 기인하는 양자역학적 효과로 설명하고자 한다.
• 단일 중보자에서 기인하는 인력과 반발력의 불균형을 해결하기 위해 중보자 쌍 형성을 도입하고자 한다.
• 중보자 상호작용 기반의 양자중력 모델을 사용하여 허블 상수의 이론적 추정치를 도출하고자 한다.
• 이 모델이 등가원리 및 블랙홀 물리학에 미치는 영향을 조사하고자 한다.
• 플랑크 스펙트럼을 가진 중보자 배경을 통해 뉴턴 상수와 허블 상수 사이의 연결 고리를 탐색하고자 한다.

제안 방법

• 중보자-물체 상호작용을 모델링하기 위해 초강력 상호작용 단면적 $ \sigma(E,\epsilon) = D \cdot E \cdot \epsilon $ 을 가정하며, $ D \sim 10^{-27}\ \text{m}^2/\text{eV}^2 $ 이다.
• 두 물체 사이의 인력은 중보자 스펙트럼에 대한 적분을 통해 계산하며, 두 번째 물체에 의한 입사 중보자의 스크리닝 효과를 고려한다.
• 산산이 흩어지는 중보자의 효과적 단면적을 감소시키기 위해 중보자 쌍 형성을 도입함으로써, 반발력이 인력에 비해 억제됨을 보장한다.
• 중보자 스펙트럼에 대해 플랑크 분포 $ f(\omega,T) $ 를 사용하며, $ T $ 는 CMB 온도와 동일하다고 가정한다. 또한, 영 중보자 상태를 제외하기 위해 $ (1 - P(0,x)) $ 와 같은 양자 통계 요소를 포함한다.
• 소규모 거리에서 기하학적 보정을 적용하여 스크리닝 단면적을 조정하며, 구분할 수 있는 표면 효과를 모델링하기 위해 구면 분할 면적 공식을 사용한다.
• 중력 상수 G를 $ G \propto H^2 / T^4 $ 로 유도하며, 중보자 쌍 형성 확률에 대한 가정 $ P_1 = P(1,2x) $ 를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초강력으로 상호작용하는 중보자 배경의 압력으로부터 뉴턴 역학적 중력을 도출할 수 있는가?
• RQ2 단일 중보자만 고려할 경우 인력과 반발력이 균형을 이루거나 상쇄되지 않고 왜 순수하게 인력으로 나타나는가?
• RQ3 중보자 쌍 형성이 중보자 압력에서 기인하는 인력과 반발력 간의 불균형을 어떻게 해결하는가?
• RQ4 이 양자중력 모델에서 뉴턴 상수와 허블 상수 사이의 이론적 연결 고리는 무엇인가?
• RQ5 이 모델은 블랙홀에 대해 등가원리 위반을 암시하는가?

주요 결과

• 단일 중보자만 고려할 경우, 중보자 압력에 의한 인력은 뉴턴 중력보다 약 1000배 크다.
• 산산이 흩어지는 중보자에 의한 반발력은 거의 인력을 상쇄하여, 단일 중보자 상태에서는 순력이 거의 0에 가까워진다.
• 중보자 쌍 형성에 의해 효과적 산산이 흩어지는 단면적이 감소하여, 물질과의 충돌로 쌍이 파괴되는 조건 하에 인력이 반발력보다 두 배로 초과된다.
• 이 모델은 허블 상수의 이론적 값으로 $ H = 2.14 \times 10^{-18}\ \text{s}^{-1} $ 를 예측하며, 이는 $ 66.875\ \text{km} \cdot \text{s}^{-1} \cdot \text{Mpc}^{-1} $ 와 동일하다.
• 뉴턴 상수는 $ H^2 / T^4 $ 비례함을 유도하여, 중보자 배경 온도 $ T $ 와 연결된다.
• 이 모델은 블랙홀이 점입자 소스가 아니라 집합체로서 중보자 배경과 상호작용하므로 아인슈타인 등가원리 위반을 암시한다.