Tensor-vector-escalar gravedad ( TeVeS ), [1] desarrollado por Jacob Bekenstein en 2004, es una generalización relativista de Mordehai Milgrom 's dinámica de Newton Modificado paradigma (MOND). [2] [3]
Las principales características de TeVeS se pueden resumir de la siguiente manera:
- Como se deriva del principio de acción , TeVeS respeta las leyes de conservación ;
- En la aproximación de campo débil de la solución estática esféricamente simétrica, TeVeS reproduce la fórmula de aceleración MOND;
- TeVeS evita los problemas de intentos anteriores de generalizar MOND, como la propagación superluminal ;
- Como es una teoría relativista, puede acomodar lentes gravitacionales .
La teoría se basa en los siguientes ingredientes:
- Un campo de vector unitario ;
- Un campo escalar dinámico ;
- Un campo escalar no dinámico;
- Una materia lagrangiana construida utilizando una métrica alternativa ;
- Una función adimensional arbitraria.
Estos componentes se combinan en una densidad lagrangiana relativista , que forma la base de la teoría TeVeS.
Detalles
MOND [2] es una modificación fenomenológica de la ley de aceleración de Newton. En la teoría de la gravedad newtoniana , la aceleración gravitacional en el campo estático esféricamente simétrico de una masa puntual a distancia de la fuente se puede escribir como
dónde es la constante de gravitación de Newton. La fuerza correspondiente que actúa sobre una masa de prueba. es
Para dar cuenta de las curvas de rotación anómala de las galaxias espirales, Milgrom propuso una modificación de esta ley de fuerza en la forma
dónde es una función arbitraria sujeta a las siguientes condiciones:
De esta forma, MOND no es una teoría completa: por ejemplo, viola la ley de conservación del momento .
Sin embargo, estas leyes de conservación se cumplen automáticamente para las teorías físicas que se derivan utilizando un principio de acción. Esto llevó a Bekenstein [1] a una primera generalización no relativista de MOND. Esta teoría, llamada AQUAL (para Un Lagrangiano CUADRÁTICO) se basa en el Lagrangiano
dónde es el potencial gravitacional newtoniano, es la densidad de masa, y es una función adimensional.
En el caso de un campo gravitacional estático esféricamente simétrico, este lagrangiano reproduce la ley de aceleración MOND después de las sustituciones y son hechos.
Bekenstein descubrió además que AQUAL se puede obtener como el límite no relativista de una teoría de campo relativista. Esta teoría está escrita en términos de un lagrangiano que contiene, además de la acción de Einstein-Hilbert para el campo métrico, términos pertenecientes a un campo de vector unitario y dos campos escalares y , de los cuales solo es dinámico. La acción TeVeS, por lo tanto, se puede escribir como
Los términos en esta acción incluyen el Lagrangiano de Einstein-Hilbert (usando una firma métrica y estableciendo la velocidad de la luz, ):
dónde es el escalar de Ricci y es el determinante del tensor métrico.
El campo escalar lagrangiano es
dónde es una longitud constante, es el parámetro adimensional y una función adimensional no especificada; mientras que el campo vectorial lagrangiano es
dónde tiempo es un parámetro adimensional. y se denominan respectivamente las constantes de acoplamiento escalar y vectorial de la teoría. La coherencia entre el Gravitoelectromagnetismo de la teoría TeVeS y el predicho y medido por la Gravity Probe B conduce a, [4] y que requiere coherencia entre la geometría del horizonte cercano de un agujero negro en TeVeS y la de la teoría de Einstein, según lo observado por el Event Horizon Telescope conduce a[5] Entonces, las constantes de acoplamiento dicen:
La función en TeVeS no está especificado.
TeVeS también introduce una "métrica física" en la forma
La acción de la materia ordinaria se define utilizando la métrica física:
donde las derivadas covariantes con respecto a se denotan por
TeVeS resuelve problemas asociados con intentos anteriores de generalizar MOND, como la propagación superluminal. En su artículo, Bekenstein también investigó las consecuencias de TeVeS en relación con las lentes gravitacionales y la cosmología.
Problemas y criticas
Además de su capacidad para dar cuenta de las curvas de rotación planas de las galaxias (que es para lo que se diseñó originalmente MOND), se afirma que TeVeS es consistente con una variedad de otros fenómenos, como las lentes gravitacionales y las observaciones cosmológicas. Sin embargo, Seifert [6] muestra que con los parámetros propuestos por Bekenstein, una estrella TeVeS es altamente inestable, en la escala de aproximadamente 10 6 segundos (dos semanas). También se cuestiona la capacidad de la teoría para explicar simultáneamente la dinámica galáctica y la lente. [7] Una posible resolución puede ser en forma de neutrinos masivos (alrededor de 2eV) . [8]
Un estudio realizado en agosto de 2006 informó de la observación de un par de cúmulos de galaxias en colisión, el Bullet Cluster , cuyo comportamiento, según se informó, no era compatible con ninguna de las teorías actuales sobre la gravedad modificada. [9]
Una cantidad [10] El sondeo de la relatividad general (GR) a gran escala (cien mil millones de veces el tamaño del sistema solar) por primera vez se ha medido con datos del Sloan Digital Sky Survey para ser [11] (~ 16%) consistente con GR, GR más Lambda CDM y la forma extendida de GR conocida comoteoría , pero descartando un modelo TeVeS particular que predice. Esta estimación debería mejorar a ~ 1% con la próxima generación de estudios del cielo y puede imponer restricciones más estrictas al espacio de parámetros de todas las teorías de gravedad modificadas.
TeVeS parece inconsistente con las mediciones recientes realizadas por LIGO de ondas gravitacionales. [12]
Ver también
- Vector de calibre-tensor de gravedad
- Dinámica newtoniana modificada
- Teoría gravitacional asimétrica
- Gravedad escalar-tensor-vectorial
Referencias
- ^ a b Bekenstein, JD (2004), "Teoría de la gravitación relativista para el paradigma de la dinámica newtoniana modificada", Physical Review D , 70 (8): 083509, arXiv : astro-ph / 0403694 , Bibcode : 2004PhRvD..70h3509B , doi : 10.1103 / PhysRevD.70.083509
- ^ a b Milgrom, M. (1983), "Una modificación de la dinámica newtoniana como posible alternativa a la hipótesis de la masa oculta", The Astrophysical Journal , 270 : 365–370, Bibcode : 1983ApJ ... 270..365M , doi : 10.1086 / 161130
- ^ Famaey, B .; McGaugh, SS (2012), "Dinámica newtoniana modificada (MOND): fenomenología observacional y extensiones relativistas", Living Rev. Relativ. , 15 (10): 10, arXiv : 1112.3960 , Bibcode : 2012LRR .... 15 ... 10F , doi : 10.12942 / lrr-2012-10 , ISSN 1433-8351 , PMC 5255531 , PMID 28163623
- ^ Exirifard, Q. (2013), "Campo GravitoMagnetic en Tensor-Vector-Scalar Theory", Journal of Cosmology and Astroparticle Physics , JCAP04: 034, arXiv : 1111.5210 , Bibcode : 2013JCAP ... 04..034E , doi : 10.1088 / 1475-7516 / 2013/04/034
- ^ Exirifard, Q. (2019), "Addendum: GravitoMagnetic field in tensor-vector-scalar theory", Journal of Cosmology and Astroparticle Physics , JCAP05: A01, arXiv : 1111.5210 , doi : 10.1088 / 1475-7516 / 2019/05 / A01
- ^ Seifert, MD (2007), "Estabilidad de soluciones esféricamente simétricas en teorías de la gravedad modificadas", Physical Review D , 76 (6): 064002, arXiv : gr-qc / 0703060 , Bibcode : 2007PhRvD..76f4002S , doi : 10.1103 / PhysRevD.76.064002
- ^ Mavromatos, Nick E .; Sakellariadou, Mairi; Yusaf, Muhammad Furqaan (2009), "¿Puede TeVeS evitar la materia oscura en escalas galácticas?", Physical Review D , 79 (8): 081301, arXiv : 0901.3932 , Bibcode : 2009PhRvD..79h1301M , doi : 10.1103 / PhysRevD.79.081301
- ^ Angus, GW; Shan, HY; Zhao, HS; Famaey, B. (2007), "Sobre la prueba de la materia oscura, la ley de la gravedad y la masa de neutrinos", The Astrophysical Journal Letters , 654 (1): L13-L16, arXiv : astro-ph / 0609125 , Código bibliográfico : 2007ApJ ... 654L..13A , doi : 10.1086 / 510738
- ^ Clowe, D .; Bradač, M .; González, AH; Markevitch, M .; Randall, SW; Jones, C .; Zaritsky, D. (2006), "Una prueba empírica directa de la existencia de materia oscura", The Astrophysical Journal Letters , 648 (2): L109, arXiv : astro-ph / 0608407 , Bibcode : 2006ApJ ... 648L.109C , doi : 10.1086 / 508162
- ^ Zhang, P .; Liguori, M .; Bean, R .; Dodelson, S. (2007), "Probing Gravity at Cosmological Scales by Measurements that Test the Relationship between Gravitational Lensing and Matter Overdensity", Physical Review Letters , 99 (14): 141302, arXiv : 0704.1932 , Bibcode : 2007PhRvL..99n1302Z , doi : 10.1103 / PhysRevLett.99.141302 , PMID 17930657
- ^ Reyes, R .; Mandelbaum, R .; Seljak, U .; Baldauf, T .; Gunn, JE; Lombriser, L .; Smith, RE (2010), "Confirmación de la relatividad general a gran escala a partir de lentes débiles y velocidades de galaxias", Nature , 464 (7286): 256–258, arXiv : 1003.2185 , Bibcode : 2010Natur.464..256R , doi : 10.1038 / nature08857 , PMID 20220843
- ^ Boran, Sibel; Desai, Shantanu; Kahya, Emre; Woodard, Richard (2018). "GW170817 falsifica emuladores de materia oscura". Physical Review D . 97 (4): 041501. arXiv : 1710.06168 . Código Bibliográfico : 2018PhRvD..97d1501B . doi : 10.1103 / PhysRevD.97.041501 .
Otras lecturas
- Bekenstein, JD; Sanders, RH (2006), "A Primer to Relativistic MOND Theory", EAS Publications Series , 20 : 225-230, arXiv : astro-ph / 0509519 , Bibcode : 2006EAS .... 20..225B , doi : 10.1051 / eas: 2006075
- Zhao, HS; Famaey, B. (2006), "Refining the MOND Interpolates Function and TeVeS Lagrangian", The Astrophysical Journal , 638 (1): L9 – L12, arXiv : astro-ph / 0512425 , Bibcode : 2006ApJ ... 638L ... 9Z , doi : 10.1086 / 500805
- Materia oscura observada ( SLAC hoy)
- ¿La teoría de Einstein 'mejorada'? ( PPARC )
- Einstein tenía razón: la relatividad general confirmada 'TeVeS, sin embargo, hizo predicciones que cayeron fuera de los límites de error de observación', ( Space.com )