[论文解读] Opening up extra dimensions at very large distances

Ruth Gregory, V. A. Rubakov+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2000

Black Holes and Theoretical Physics被引用 2

一句话总结

该论文提出一个包含三个3-brane的五维模型，其中引力在短距离和极长距离下均保持五维特性，而在中间尺度下则呈现出四维引力。通过避免强微调，该模型实现了从微观到宇宙学尺度的四维引力的物理上可行范围，挑战了额外维度仅影响短距离物理的传统观点。

ABSTRACT

The standard picture of viable higher-dimensional theories is that extradimensions manifest themselves at short distances only, their effects beingnegligible at scales larger than some critical value. We show that this is notnecessarily true in models with infinite extra dimensions. As an example, weconsider a five-dimensional scenario with three 3-branes in which gravity isfive-dimensional both at short {\\it and} very long distance scales, withconventional four-dimensional gravity operating at intermediate length scales.A phenomenologically acceptable range of validity of four-dimensional gravityextending from microscopic to cosmological scales is obtained without strongfine-tuning of parameters.

研究动机与目标

• 探讨无限额外维度是否可能在极长距离影响引力，与标准假设（即其效应在长距离可忽略）相悖。
• 构建一个真实的高维模型，使四维引力在从微观到宇宙学尺度的广泛范围内有效。
• 在保持与多个长度尺度上观测到的引力行为一致的前提下，避免对参数进行强微调。
• 挑战传统观点，即高维效应仅在短距离下相关。

提出的方法

• 该模型采用五维时空，包含三个3-brane，其中体空间由五维爱因斯坦引力支配。
• 膜的配置使得度规特性导致引力局域化行为在不同尺度下在五维与四维行为之间平滑过渡。
• 有效四维Planck标度由五维Planck标度和无限但翘曲的额外维度尺寸推导得出。
• 该模型利用翘曲几何在中间距离抑制五维效应，从而自然地实现四维引力。
• 通过确保在中间尺度下恢复四维牛顿势，并保持理论在现象学上的合理性，验证了模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 无限额外维度是否可能在极长距离导致五维引力，与标准假设（即其效应可忽略）相悖？
• RQ2 是否可能在不微调参数的情况下，实现从微观到宇宙学尺度的四维引力的广泛有效范围？
• RQ3 如何使一个五维理论在中间距离重现四维引力，同时与观测结果保持一致？
• RQ4 何种膜与体空间配置可实现五维与四维引力行为之间的平滑过渡？

主要发现

• 该模型实现了从微观到宇宙学尺度的四维引力范围，且无需对参数进行强微调。
• 引力在短距离和极长距离下均保持五维特性，中间尺度则由四维行为主导。
• 通过特定的膜配置和翘曲几何，实现了五维与四维引力之间的过渡，而无需引入新的轻场。
• 有效四维Planck标度由五维标度和额外维度的无限尺寸推导得出，与观测到的引力强度一致。
• 该模型表明，无限额外维度可产生长程效应，挑战了传统观点中此类效应仅在短距离下相关的看法。