Duplamente relatividade especial - Doubly special relativity
Duplamente relatividade especial ( DSR ) - também chamada de relatividade especial deformada ou, por alguns, relatividade extra-especial - é uma teoria da relatividade especial modificada na qual há não apenas uma velocidade máxima independente do observador (a velocidade da luz ), mas também , uma escala de energia máxima independente do observador (a energia de Planck ) e / ou uma escala de comprimento mínimo (o comprimento de Planck ). Isso contrasta com outras teorias que violam Lorentz , como a extensão do modelo padrão , onde a invariância de Lorentz é quebrada pela presença de um quadro preferido . A principal motivação para esta teoria é que a energia de Planck deve ser a escala onde os efeitos da gravidade quântica ainda desconhecidos tornam-se importantes e, devido à invariância das leis físicas, esta escala deve permanecer fixa em todos os referenciais inerciais.
História
As primeiras tentativas de modificar a relatividade especial introduzindo um comprimento independente do observador foram feitas por Pavlopoulos (1967), que estimou este comprimento em cerca de 10 -15 metros . No contexto da gravidade quântica , Giovanni Amelino-Camelia (2000) introduziu o que agora é chamado de relatividade duplamente especial, ao propor uma realização específica de preservação da invariância do comprimento de Planck. 1,6162 × 10 −35 m . Isso foi reformulado por Kowalski-Glikman (2001) em termos de uma massa de Planck independente do observador . Um modelo diferente, inspirado no de Amelino-Camelia, foi proposto em 2001 por João Magueijo e Lee Smolin , que também apostaram na invariância da energia de Planck .
Percebeu-se que existem, de fato, três tipos de deformação da relatividade especial que permitem atingir uma invariância da energia de Planck; tanto como energia máxima, como momento máximo, ou ambos. Modelos DSR estão possivelmente relacionados à gravidade quântica em loop em 2 + 1 dimensões (dois espaços, um tempo), e foi conjecturado que uma relação também existe em 3 + 1 dimensões.
A motivação para estas propostas é essencialmente teórica, com base na seguinte observação: Espera-se que a energia de Planck desempenhe um papel fundamental numa teoria da gravidade quântica ; definir a escala em que os efeitos da gravidade quântica não podem ser negligenciados e novos fenômenos podem se tornar importantes. Se a relatividade especial deve se manter exatamente nesta escala, diferentes observadores observariam os efeitos da gravidade quântica em diferentes escalas, devido à contração de Lorentz-FitzGerald , em contradição com o princípio de que todos os observadores inerciais deveriam ser capazes de descrever fenômenos pelo mesmo físico. leis. Essa motivação foi criticada, com o fundamento de que o resultado de uma transformação de Lorentz não constitui em si um fenômeno observável. O DSR também sofre de várias inconsistências na formulação que ainda precisam ser resolvidas. Mais notavelmente, é difícil recuperar o comportamento de transformação padrão para corpos macroscópicos, conhecido como o problema da bola de futebol . A outra dificuldade conceitual é que o DSR é formulado a priori no espaço momentum . Não há, até o momento, nenhuma formulação consistente do modelo no espaço de posição .
Previsões
Os experimentos até agora não observaram contradições com a Relatividade Especial.
Especulou-se inicialmente que a relatividade especial ordinária e a relatividade duplamente especial fariam previsões físicas distintas em processos de alta energia e, em particular, a derivação do limite GZK nas energias dos raios cósmicos de fontes distantes não seria válida. No entanto, agora está estabelecido que a relatividade duplamente especial padrão não prevê qualquer supressão do corte GZK, ao contrário dos modelos onde existe um referencial de repouso local absoluto , como teorias de campo efetivas como a Extensão do Modelo Padrão .
Uma vez que DSR genericamente (embora não necessariamente) implica uma dependência de energia da velocidade da luz, foi ainda previsto que, se houver modificações de primeira ordem em energia sobre a massa de Planck, esta dependência de energia seria observável em alta energia fótons que chegam à Terra a partir de explosões de raios gama distantes . Dependendo se a velocidade da luz agora dependente de energia aumenta ou diminui com a energia (uma característica dependente do modelo), os fótons altamente energéticos seriam mais rápidos ou mais lentos do que os de menor energia. No entanto, o experimento Fermi-LAT em 2009 mediu um fóton de 31 GeV, que chegou quase simultaneamente com outros fótons da mesma explosão, o que excluiu tais efeitos de dispersão mesmo acima da energia de Planck. Além disso, foi argumentado que o DSR, com uma velocidade da luz dependente da energia, é inconsistente e os efeitos de primeira ordem já foram descartados porque levariam a interações de partículas não locais que teriam sido observadas por muito tempo em experimentos de física de partículas.
relatividade de Sitter
Uma vez que o grupo de Sitter naturalmente incorpora um parâmetro de comprimento invariável, a relatividade de Sitter pode ser interpretada como um exemplo de relatividade duplamente especial porque o espaço-tempo de Sitter incorpora velocidade invariante, bem como parâmetro de comprimento. Porém, há uma diferença fundamental: enquanto em todos os modelos da relatividade duplamente especial a simetria de Lorentz é violada, na relatividade de Sitter ela permanece como uma simetria física. Uma desvantagem dos modelos usuais da relatividade duplamente especial é que eles são válidos apenas nas escalas de energia em que a relatividade especial ordinária deve quebrar, dando origem a uma relatividade colcha de retalhos. Por outro lado, a relatividade de Sitter é considerada invariante sob um reescalonamento simultâneo de massa, energia e momento e, conseqüentemente, é válida em todas as escalas de energia.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Amelino-Camelia, G. (2002). "Relatividade Duplamente Especial: Primeiros Resultados e Problemas Principais em Abertura". International Journal of Modern Physics D . 11 (10): 1643–1669. arXiv : gr-qc / 0210063 . Bibcode : 2002IJMPD..11.1643A . doi : 10.1142 / S021827180200302X . S2CID 43004370 .
- Amelino-Camelia, G. (2002). “Relatividade: Tratamento especial”. Nature . 418 (6893): 34–35. arXiv : gr-qc / 0207049 . Bibcode : 2002Natur.418 ... 34A . doi : 10.1038 / 418034a . PMID 12097897 . S2CID 16844423 .
- Cardone, F .; Mignani, R. (2004). Energia e geometria: uma introdução à relatividade especial deformada . World Scientific . ISBN 981-238-728-5.
- Jafari, N .; Shariati, A. (2006). "Duplamente relatividade especial: uma nova relatividade ou não?". AIP Conference Proceedings . 841 . pp. 462–465. arXiv : gr-qc / 0602075 . doi : 10.1063 / 1.2218214 .
- Kowalski-Glikman, J. (2005). "Introdução à Relatividade Especial Duplamente". Efeitos da escala de Planck em astrofísica e cosmologia . Notas de aula em Física. 669 . pp. 131–159. arXiv : hep-th / 0405273 . doi : 10.1007 / b105189 . ISBN 978-3-540-25263-4.
- Smolin, Lee. (2006). "Capítulo 14. Construindo em Einstein". O problema da física: a ascensão da teoria das cordas, a queda de uma ciência e o que vem a seguir . Boston, MA: Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-55105-7. OCLC 64453453 .Smolin escreve para o leigo uma breve história do desenvolvimento do DSR e como ele se relaciona com a teoria e cosmologia das cordas .