[论文解读] The Dark Side of Gravity

Frederic Henry-Couannier|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文提出暗物质引力（Dark Gravity, DG），一种基于平坦闵可夫斯基时空背景的非几何引力理论，其中引力由两个共轭的对称张量场描述——一个对应于标准引力，另一个对应于具有反引力相互作用的‘暗面’。该理论通过离散对称性不变性，使两个场处于同等地位，解决了负能态和快子表示的问题，其低阶预测与广义相对论一致，但在后后牛顿阶次出现差异，避免了黑洞的形成，并在无需暗能量的情况下自然解释了宇宙加速膨胀。

ABSTRACT

Adopting a non geometrical point of view, we are led to an alternative theory of the order two and symetric gravitational tensor field of GR. The field is no more interpreted as the metric of our space-time. The true metric is globally Minkowskian and describes a flat manifold, a context which justifies a genuine rehabilitation of the global discrete space-time symetries involved in the structure of the Lorentz group along with their 'problematic' representations: the negative energy and tachyonic ones.

研究动机与目标

• 通过放弃广义相对论中引力的几何解释，解决相对论性量子场论中由负能态和快子表示引发的理论不一致问题。
• 通过在固定、非动力学的闵可夫斯基背景上构建引力，恢复全局时空对称性（包括时间反演和洛伦兹群表示）。
• 构建一个稳定且幺正的引力理论，通过共轭张量场对正负能场进行对称处理，避免真空发散和不稳定性。
• 提供一个经典框架，自然解释宇宙学现象（如加速膨胀和平坦旋转曲线），而无需引入暗物质或暗能量。
• 探索反引力物质和新引力磁效应的物性后果，这些效应可在如重力探针B实验中进行检验。

提出的方法

• 采用非几何的引力表述，将引力场视为在固定闵可夫斯基时空背景上的对称二阶张量场。
• 引入通过离散对称性反转（如时间反演）关联的两个共轭张量场，两者均需包含在作用量中以保持不变性。
• 构建在离散对称性下不变的作用量与场方程，确保正负能解被同等对待。
• 利用共轭场结构定义引力的‘暗面’，其中物质仅通过反引力与标准物质相互作用。
• 推导真空爱因斯坦方程的新解，包括一种避免视界与黑洞形成的修正史瓦西解。
• 分析引力波解与双星脉冲星的衰减速率，与观测结果和广义相对论预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在平坦时空背景下构建一个一致的引力经典理论，将负能态与快子态纳入其中而不引起不稳定性？
• RQ2 当时间反演对称性在非引力背景下导致负能态时，如何在引力理论中一致地实现该对称性？
• RQ3 一个具有两个共轭对称张量分量的引力场（一个对应标准引力，另一个对应反引力）的可观测后果是什么？
• RQ4 在此框架下，宇宙的加速膨胀能否在不引入宇宙学常数或暗能量的情况下得到解释？
• RQ5 该理论是否会引发新的引力磁效应，这些效应可在如重力探针B实验中被探测到，且与广义相对论的参考系拖拽预测不同？

主要发现

• 真空中的新史瓦西解仅在后后牛顿阶次与广义相对论不同，且无事件视界或黑洞形成。
• 该理论避免了WEP的破坏，并通过了除先驱者异常蓝移外的所有当前等效原理测试，后者可自然解释为等效原理破坏效应。
• 一个空间平坦的宇宙会自然经历加速膨胀阶段，无需暴胀或宇宙学常数。
• 由于无视界存在以及平坦背景下的场方程结构，大爆炸奇点被避免。
• 获得了一种自旋为零的引力波解，其双星脉冲星轨道衰减速率与观测结果及广义相对论预测一致。
• 新的引力磁效应可能在重力探针B实验中被探测到，其结果与广义相对论预测不同，或可解释先驱者异常中观测到的异常进动。