Гравитон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Гравитон
Символ: G
Состав: Элементарная частица
Семья: Бозон
Группа: Калибровочный бозон
Участвует во взаимодействиях: Гравитационное
Античастица: Сам себе(G)
Статус: Гипотетическая
Теоретически обоснована: 1930-е годы[1]
часто приписывается работе 1934 года Д. И. Блохинцева и Ф. М. Гальперина[2]
Масса: 0
Каналы распада: Стабилен
Квантовые числа:
Электрический заряд: 0
Спин: 2~\hbar

Гравито́н — гипотетическая безмассовая элементарная частица — переносчик гравитационного взаимодействия без электрического заряда. Должен обладать спином 2 и двумя возможными направлениями поляризации.

Термин «гравитон» был предложен в 1930-х годах, часто приписывается работе 1934 года Д. И. Блохинцева и Ф. М. Гальперина[3][4].

Гипотеза о существовании гравитонов появилась благодаря успеху квантовой теории поля (особенно Стандартной модели) в моделировании поведения остальных фундаментальных взаимодействий с помощью подобных частиц: фотоны в электромагнитном взаимодействии, глюоны в сильном взаимодействии, W± и Z-бозоны в слабом взаимодействии. Следуя этой аналогии — за гравитационное взаимодействие также может отвечать некая элементарная частица.

Ряд физиков отвергает саму гипотезу о гравитоне как несостоятельную[5]. Например, если гравитоны существуют, то они должны излучаться чёрными дырами, что, вероятно, противоречит Общей теории относительности.[источник не указан 777 дней]

Возможно также, что гравитоны являются квазичастицами, удобными для описания слабых гравитационных полей в масштабах длины и времени, существенно больших планковской длины и планковского времени, но непригодными для описания сильных полей и процессов с характерными масштабами, близкими к планковским.[источник не указан 640 дней]

В 2014 году учёным из Гарвард-Смитсоновского центра вероятно удалось найти подтверждение квантовой природы гравитации[6].

В различных теориях[править | править вики-текст]

Мезон Мезон Барион Нуклон Кварк Лептон Электрон Адрон Атом Молекула Фотон W- и Z-бозоны Глюон Гравитон Электромагнитное взаимодействие Слабое взаимодействие Сильное взаимодействие Гравитация Квантовая электродинамика Квантовая хромодинамика Квантовая гравитация Электрослабое взаимодействие Теория великого объединения Теория всего Элементарная частица Вещество Бозон Хиггса
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы — слева, бозоны — справа. (пункты на картинке кликабельны)

Попытки расширить Стандартную модель гравитонами сталкиваются с серьёзными теоретическими сложностями в области высоких энергий (равных или превышающих планковскую энергию) из-за расходимостей квантовых эффектов (гравитация не ренормализуется). Решение этого вопроса было мотивом построения нескольких предложенных теорий квантовой гравитации (в частности, одной из попыток является теория струн). Несмотря на отсутствие в настоящее время полноценной теории квантовой гравитации, возможно квантование слабых возмущений заданного гравитационного поля в первом порядке по теории возмущений. В рамках такой линеаризованной теории элементарным возбуждением и является гравитон[7].

Предполагаемый спин гравитона равен 2 по той причине, что плоская гравитационная волна носит квадрупольный характер, переходя сама в себя при повороте на 180° вокруг оси, параллельной направлению распространения.

Также это следует из числа независимых компонент волновых функций гравитационного поля, которые являются гравитационными потенциалами. Из десяти компонент тензора гравитационного потенциала вследствие равенства нулю следа и четырёх дополнительных условий калибровки (аналогичных калибровке Лоренца в электродинамике) остается n=5 независимых компонент. Вследствие формулы n=2s+1,[8] связывающей значение спина s с числом компонент волновых функций поля n, получаем значение спина гравитона s=2.[9]

В теориях супергравитации также вводится гравитино (спин — ³⁄2) — суперпартнёр гравитона.

В струнной теории гравитоны, также как и другие частицы — это состояния струн, а не точечные частицы, и в этом случае бесконечности не появляются. В то же время при низких энергиях эти возбуждения можно рассматривать как точечные частицы. То есть гравитон, как и прочие элементарные частицы — это некоторое приближение к реальности, которое можно использовать в области низких энергий.

Экспериментальное наблюдение[править | править вики-текст]

Из-за чрезвычайной слабости гравитационных взаимодействий, экспериментальное подтверждение — обнаружение отдельных гравитонов — в теории струн и других предсказывающих существование гравитонов теорий, в настоящее время не представляется возможным.

Гравитон в массовой культуре[править | править вики-текст]

  • Звездолёт «Урания» в «Гриаде» А. Колпакова снабжён гравитонным двигателем.
  • Звездолёты из телесериала «Звёздный путь» снабжены технологиями на основе гравитонов (искусственная гравитация, навигационный дефлектор, низкоуровневые силовые поля и т. д.)
  • В серии игр Dead Space упоминается, что после того, как люди научились управлять гравитонами, подобно фотонам или другим элементарным частицам, люди смогли подчинить себе гравитацию. С помощью этой технологии люди стали перерабатывать целые планеты, с целью получения ресурсов, что, вследствие и повлекло катастрофу, описанную в игре.
  • В мультфильме «Незнайка на Луне» на конференции лунных ученых.
  • Гравитон упоминается в цикле про Алису Селезнёву «Приключения Алисы» Кира Булычёва.
  • В 1 сезоне аниме «Некий научный Рейлган» в сериях 6 и 7 сюжет был связан с эспером, чья способность заключалась в том, что, использую алюминий как основу, он ускорял гравитоны, вследствие чего возникал взрывной эффект.
  • В 26 эпизоде 6 сезона мультсериала «Футурама» профессор Фарнсворт создает из алмазной пыли линзу для микроскопа, с помощью которого помимо прочих частиц стандартной модели рассматривает гравитон. После гравитона находит частицу, которая лежит в основе всего…
  • В фильме «После нашей эры» во время полёта на Землю в корпусе звездолёта возникает вибрация гравитонов, что вызывает расширение масс, что в свою очередь притягивает астероидный поток.

См. также[править | править вики-текст]

Источники[править | править вики-текст]

  1. Rovelli, C. (2001), "Notes for a brief history of quantum gravity", arΧiv:gr-qc/0006061 [gr-qc] 
  2. (1934) «Gipoteza neitrino i zakon sokhraneniya energii». Pod Znamenem Marxisma 6: 147–157.  (рус.)
  3. Блохинцев Д. И., Гальперин Ф. М. Гипотеза нейтрино и закон сохранения энергии. «Под знаменем марксизма», 6 (1934) 147—157.
  4. Горелик Г. Е. Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию нерешенной проблемы. «Успехи физических наук», том 175, выпуск 6, 2005.
  5. Белрад, Брайан. Что не так с гравитонами? // American Chronicle, 26 января 2008.
  6. Получены доказательства существования гравитационных волн
  7. DeWitt B. Quantum theory of gravity I // Physical Review 160, 1113—1148 (1967).
    DeWitt B. Quantum theory of gravity II: the manifestly covariant theory // Physical Review 162, 1195—1239 (1967).
    DeWitt B. Quantum theory of gravity III: application of the covariant theory // Physical Review 162, 1239—1256 (1967).
    Систематическое изложение: Девитт Б. С. Динамическая теория групп и полей: Пер. с англ. / Под ред. Г. А. Вилковыского. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. — 1987. — 288 с.
    репринтное переиздание: Череповец: Меркурий-ПРЕСС, 2000. ISBN 5-11-480064-7.
  8. Паули В. Релятивистская теория элементарных частиц. — М.: ИЛ, 1947. — С. 72
  9. Соколов А., Иваненко Д. Квантовая теория поля. — М.: ГИТТЛ, 1952. — С. 662.