อย่างแรกความจริงที่ว่าแรงโน้มถ่วงตกจะปรากฏในเมตริก1 / r2
ตัวชี้วัดอธิบายความโค้งของพื้นที่ สำหรับพื้นที่รอบ ๆ วัตถุที่มีขนาดใหญ่นี่คือ Schwarzchild metric
d s2= - ( 1 - rsR) d t2+ ( 1 - rsR)- 1d R2+ r2( d θ2+ บาป2θ d ϕ 2)
เห็นได้ชัดว่าหากดูเหมือนว่านี้R » Rs
d s2= - d t2+ d r2+ r2( d θ2+ บาป2θ d ϕ 2)
ซึ่งเป็นตัวชี้วัดสำหรับพื้นที่ราบ อย่างมีประสิทธิภาพพื้นที่ได้รับประจบและประจบในอัตราซึ่งเป็นสี่เหลี่ยมผกผันที่คุณกำลังมองหา
1 / r2
แต่ Schwarzchild metric มาจากไหน มันสามารถพิสูจน์ได้ว่ามันเป็นเมตริกที่มีเอกลักษณ์เฉพาะซึ่งมีความสมมาตรทรงกลมโดยที่ไม่มีสิ่งใดที่เหมาะสม นี่เรียกว่าทฤษฎีบทของ Birkhoff
ความคิดเล็กน้อยในคำถามของคุณนั้นต้องใช้ความคิดมากกว่านี้
ฉันต้องการพูดคุยเกี่ยวกับที่มาของแรงโน้มถ่วง แต่ก่อนอื่นให้พูดคุยเกี่ยวกับความโค้ง
หากคุณต้องการวัดความโค้งของช่องว่างวิธีหนึ่งในการทำเช่นนั้นก็คือการเคลื่อนที่ในวงวนปิดบางส่วนแล้วกลับไปที่จุดเริ่มต้นของคุณ ถ้าพื้นที่นั้นโค้งคุณจะไม่หันไปในทิศทางเดียวกัน (ความคิดนี้เรียกว่าการขนส่งแบบขนาน)
สมมุติว่าเรากำลังเคลื่อนเวกเตอร์แทนเจนต์ขนานกันดังที่เห็นในภาพ เราได้เวกเตอร์แทนเจนต์จากอนุพันธ์ ณ จุดหนึ่ง (อนุพันธ์พิเศษเล็กน้อยที่เรียกว่าอนุพันธ์ covariant เพราะพื้นที่นั้นโค้ง) ลองหาเวกเตอร์แทนเจนต์แล้วเลื่อนไปข้างหน้าแล้วเลี้ยวซ้าย และเราลองอีกครั้งคราวนี้เลื่อนไปทางซ้ายแล้วส่งต่อ เราจบจุดเดียวกันทั้งสองวิธี แต่เหมือนในภาพอนุพันธ์จะแตกต่างกันในบางทาง เราสรุปสิ่งนี้กับ commutator (โดยที่คืออนุพันธ์ covariant) อย่างนั้นD
[ Dμ, Dν] = DμDν- ดีνDμ≠ 0
โดยทั่วไปแล้วหมายถึง "การทำแบบนี้ไม่เหมือนกับการทำแบบอื่น"
ทีนี้ลองกลับมาอีกหน่อยแล้วพูดถึงวิธีที่แม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอื่น ๆ ถูกพูดถึงกันโดยใช้ทฤษฎีสนามควอนตัม
เราอธิบายทฤษฎีในแง่ของลากรองจ์สำหรับเฟอร์มิออน (เช่นอิเล็กตรอน) ดูเหมือนว่านี่
L = ψ¯( ฉันγμDμ- m ) ψ
หากฉันรับฟิลด์และให้การแปลง
ดังนั้นลากรองจ์จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ประเภทของการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นกลุ่มที่เรียกว่า(1) เราบอกว่าลากรองจ์มีสมมาตรโปรดสังเกตว่านี้อยู่ที่นั่นอีกครั้งหรือไม่ มันก็เหมือนกันอนุพันธ์ covariant ตรงนี้ใน QED เช่นกัน เราสามารถลองเปลี่ยนคอมมิเตเตอร์อีกครั้งψ
ψ → ψ'= eผม ξ( x )ψ
ยู( 1 )ยู( 1 )Dμ
[ Dμ, Dν] = - ฉันFμ เข้าพบψ
โดยที่
Fμ เข้าพบ= ∂μAν- ∂νAμ
จากนี้เราจะสร้าง QED ที่สมบูรณ์ (ทฤษฎีควอนตัมของไฟฟ้ากระแส) ลากรองจ์
L = ψ¯( ฉันγμDμ- m ) ψ - 14Fμ เข้าพบFμ เข้าพบ
อย่าจมดิ่งลงไปในคณิตศาสตร์ จุดนี้ง่ายมาก ดู ? มันเป็นสนามใหม่เราต้องแนะนำมันเพื่อให้สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้ ใน QED ฟิลด์นี้สอดคล้องกับโฟตอน (อนุภาคคือควอนตัมของสนามเช่นการชนขนาดเล็กในสนาม) เรามีที่จะแนะนำก็เพราะเรามีความโค้ง ฉันจะรู้ได้อย่างไรว่าเรามีความโค้ง เพราะอนุพันธ์โควาเรียนท์ไม่ได้เดินทางเช่นเดียวกับใน GR ข้างต้น คราวนี้ความโค้งนั้นไม่ได้เป็นพื้นที่ฟิสิคอลวัตถุที่เป็นนามธรรมเรียกว่าชุดมาตรวัด U ( 1 )Aμยู( 1 )
ดังนั้นคุณจะถูกทางเมื่อคุณพูดว่ากองกำลังอื่นอาจโค้งพื้นที่ มันเป็นเรื่องที่ดีที่แรงโน้มถ่วงโค้งเวลาว่างร่างกายและจินตนาการง่ายสำหรับกองกำลังอื่นมันไม่ง่ายในการถ่ายภาพแม้ว่ามันจะเป็นพื้นฐานเดียวกัน
อย่างไรก็ตามกลับไปที่ GR
ถ้าคุณต้องการภาพที่เต็มไปด้วยแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์คุณทำคณิตศาสตร์และมาถึงสิ่งที่เรียกว่าแอ็คชั่นของไอน์สไตน์ - ฮิลแบร์ต (การกระทำนั้นเป็นส่วนสำคัญของลากรองจ์) วัตถุที่เป็นระเบียบ
R
S= ∫R กรัม√ d4x
โดยที่มา (มากหรือน้อย) จาก Commutator ของอนุพันธ์ covariant ที่เราเห็นอยู่ด้านบน เมื่อพูดถึง QED ฉันได้แปรงความจริงที่ว่ามันเป็นทฤษฎีควอนตัม (เป็น) อย่างไรก็ตามการกระทำ EH นี้ไม่ได้อธิบายทฤษฎีควอนตัม ดังนั้นคุณอาจพูดว่าทำให้มันเป็นหนึ่ง! รอสักครู่เพราะมันใช้งานไม่ได้จริง ๆ ปัญหาคือสิ่งที่เรียกว่า renormalisability - QED นั้นคือ renormalisable, GR ไม่ใช่ นี่คือรากของความไม่ลงรอยกันระหว่าง GR และทฤษฎีสนามควอนตัม ถ้าเราสามารถดำเนินการอนุภาค qunatum ผลลัพธ์จะเป็น graviton คุณมีสิทธิ์ที่จะสงสัยการมีอยู่ของพวกเขาในขณะที่พวกเขายังไม่ได้สังเกตเห็น ...
R
สองสิ่งเดียวกัน
เราเห็น QED ซึ่งทำลายอนุภาคของแสงโฟตอน พวกมันถูกคำนวณ จากนั้นเราเห็นว่าในหลาย ๆ วิธี GR และ QED มีความคล้ายคลึงกันมาก เราไม่สามารถหาปริมาตร GR ได้อย่างเหมาะสม แต่ถ้าเราทำได้เราก็อยากได้ gravitons เหมือนโฟตอนที่โผล่ออกมาใน QED ความเป็นคู่ระหว่าง QED (และทฤษฎีมาตรวัดอื่น ๆ , QCD, ฯลฯ ) มีความชัดเจนซึ่งทำให้ผู้คนจำนวนมากเชื่อว่าน่าจะมี Gravitons แม้ว่าพวกเขาจะยังไม่ได้รับการสังเกตหรือไม่ได้สูตรอย่างสม่ำเสมอ
หมายเหตุเกี่ยวกับทฤษฎีอื่น ๆ
มีหลายทฤษฎีที่มี Gravitons มาจากหลักการแรกโดยไม่มีปัญหาเกี่ยวกับความผิดปกติ, ทฤษฎีสตริงหรือ supergravity เป็นต้น
หมายเหตุเกี่ยวกับข้อผิดพลาดในข้างต้น
ขอโทษฉันเหนื่อยและเที่ยว โปรดชี้พวกเขาหากคุณพบพวกเขา!