[论文解读] 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 12

一句话总结

本文提出引力子是强相互作用的粒子，形成低温背景，可通过光子-引力子相互作用解释宇宙红移与先驱者号异常，而非宇宙膨胀或暗能量。该研究引入一个新的相互作用常数，推导出牛顿引力的量子引力机制，并在激光实验中预测类似哈勃常数的效应，为标准宇宙学与广义相对论提供可检验的替代方案。

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.

研究动机与目标

• 通过将宇宙红移重新解释为量子引力效应而非多普勒频移，挑战标准宇宙学范式。
• 通过低温引力子背景中光子-引力子相互作用，解释先驱者10号异常。
• 基于引力子成对与物质原子结构，提出经典引力的量子机制，导致时间不对称性。
• 推导一个表征单个引力子相互作用的新维度常数，并将其与可观测宇宙参数关联。
• 通过激光束对撞实验提出实验验证，以探测引力子引起的光子能量偏移。

提出的方法

• 引入一个新维度常数以表征单个引力子相互作用，该常数由宇宙红移量推导得出。
• 将引力子背景建模为低温下强相互作用粒子的海洋，平均引力子能量约为10⁻³ eV。
• 利用统计力学推导光子通量因与引力子发生非弹性碰撞而产生的弛豫，预测类似红移的效应。
• 基于引力子成对与物质原子结构，在牛顿极限下构建量子引力机制，导致时间不对称的吸引力。
• 推导激光实验中的哈勃常数类比，估计在实际参数下（氦氖激光器，L=1m）H_laser ~ 0.06 s⁻¹。
• 提出一种基于激光的实验，通过两束光在长度L内对撞，探测能量差为hν₁−hν₂的光子，预测在L=1m时频率约为10⁷ Hz。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙红移是否可由光子-引力子相互作用解释，而非宇宙膨胀？
• RQ2 先驱者10号异常是否源于与低能引力子背景的持续碰撞？
• RQ3 基于引力子成对的量子引力机制能否重现牛顿引力并解释时间不对称性？
• RQ4 由于引力子引起的光子能量偏移，激光实验中是否存在可观测的非线性真空效应？
• RQ5 哈勃常数是否可被重新解释为引力子背景压强与相互作用强度的后果？

主要发现

• 本文估算出一个新相互作用常数，表征单个引力子相互作用，该常数由宇宙红移数据推导得出。
• 由引力子碰撞导致的光子通量弛豫预测与z < 0.5范围内的Ia型超新星数据吻合，无需引入暗能量或加速膨胀。
• 该模型推导出的哈勃常数理论值与观测值高度一致，支持所提出的机制。
• 预测的激光实验将探测到能量差为hν₁−hν₂的光子，频率约为10⁷ Hz（L=1m），使该效应在实验上可探测。
• 该模型预测大质量天体会因引力子碰撞而经历减速，其大小与先驱者10号异常一致。
• 该模型暗示爱因斯坦等效原理在黑洞处失效，因其将作为聚集物体与引力子海洋相互作用。