[论文解读] Screening the graviton background, graviton pairing, and Newtonian gravity

Michael A. Ivanov|ArXiv.org|Jun 30, 2002

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用 11

一句话总结

本文提出一种量子引力机制，其中牛顿引力源于超强相互作用引力子背景的压力，引力子成对是平衡排斥力并产生净吸引力的关键。该模型推导出牛顿常数与 $ H^2 / T^4 $ 成正比，理论估算的哈勃常数为 $ 2.14 imes 10^{-18} \text{s}^{-1} $，并指出在此模型下黑洞将违反等效原理。

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 $66.875 km \cdot s^{-1} \cdot Mpc^{-1}$).

研究动机与目标

• 将牛顿引力解释为并非几何性质，而是源于引力子背景压力的量子效应。
• 通过引入引力子成对，解决单个引力子引起的吸引与排斥力之间的不平衡。
• 基于基于引力子相互作用的量子引力模型，推导哈勃常数的理论估算值。
• 研究该模型对等效原理及黑洞物理的影响。
• 通过具有庞加莱谱的引力子背景，探索牛顿常数与哈勃常数之间的联系。

提出的方法

• 假设强相互作用截面 $ \sigma(E,\epsilon) = D \cdot E \cdot \epsilon $，其中 $ D \sim 10^{-27}\t\text{m}^2/\text{eV}^2 $，以模拟引力子-物质相互作用。
• 通过引力子谱积分计算两物体之间的吸引力，考虑第二个物体对入射引力子的屏蔽效应。
• 引入引力子成对机制，以降低散射引力子的有效截面，从而抑制排斥力相对于吸引力的贡献。
• 采用普朗克分布描述引力子谱 $ f(\omega,T) $，假设温度 $ T $ 等于宇宙微波背景温度，并引入量子统计因子如 $ (1 - P(0,x)) $ 以排除零引力子的真空态。
• 在小距离下应用几何修正，使用球冠面积公式建模有限尺寸效应，对屏蔽截面进行修正。
• 通过假设引力子成对概率 $ P_1 = P(1,2x) $，推导出牛顿常数 $ G \propto H^2 / T^4 $。

实验结果

研究问题

• RQ1 牛顿引力能否从超强相互作用引力子背景压力中推导出来？
• RQ2 当仅考虑单个引力子时，为何净引力为吸引力而非平衡或排斥力？
• RQ3 引力子成对如何解决引力子压力引起的吸引与排斥力之间的不平衡？
• RQ4 在此量子引力模型中，牛顿常数与哈勃常数之间存在何种理论联系？
• RQ5 该模型是否意味着黑洞会违反等效原理？

主要发现

• 当仅考虑单个引力子时，引力子压力对两物体产生的吸引力约为牛顿引力的1000倍。
• 散射引力子产生的排斥力几乎完全抵消吸引力，导致单个引力子情况下的净力接近于零。
• 引力子成对使有效散射截面降低，当引力子对被物质碰撞破坏时，吸引力比排斥力大两倍。
• 该模型预测哈勃常数的理论值为 $ H = 2.14 \times 10^{-18}\t\text{s}^{-1} $，等价于 $ 66.875\t\text{km} \cdot \text{s}^{-1} \cdot \text{Mpc}^{-1} $。
• 牛顿常数被推导为与 $ H^2 / T^4 $ 成正比，将其与引力子背景温度 $ T $ 联系起来。
• 该模型表明，黑洞将违反爱因斯坦等效原理，因其将作为聚集物体与引力子背景相互作用，而非作为点源。