¿Cuáles son las teorías alternativas propuestas para reemplazar la teoría de la relatividad general, aun sabiendo que no tienen éxito?

Answer 1

El “prototipo” de muchas teorías alternativas de la gravedad que nació a principios de la década de 1960 se llama teoría de Brans-Dicke (o Jordan-Brans-Dicke). Tiene varias formulaciones diferentes, pero en última instancia, todas equivalen a una sola cosa: la introducción de un nuevo campo llamado escalar, que (para todos los propósitos y propósitos prácticos) desempeña el papel de una constante gravitacional variable. La teoría de Jordan-Brans-Dicke se caracteriza por una llamada constante de acoplamiento adimensional; Las observaciones de precisión actuales en el sistema solar nos dicen que esta constante tiene que tener un valor increíblemente alto (varios diez mil o más), lo que, aunque técnicamente no es imposible, es altamente improbable para una constante física fundamental que no tiene unidades de medida.

La teoría de Jordan-Brans-Dicke es quizás el ejemplo más simple de una amplia categoría de teorías de gravedad modificadas, las llamadas teorías métricas de la gravedad. El tema común en estas teorías es que cualquier cosa que modifique la gravedad, actúa sobre la geometría del espacio-tiempo; la materia (o rayos de luz) sigue caminos que están determinados por la curvatura del espacio-tiempo (llamadas geodésicas), en lugar de responder directamente a alguna fuerza nueva. Otro grupo de teorías que pertenece a esta misma categoría son las llamadas teorías [matemáticas] f (R) [/ matemáticas]: este nombre se refiere al hecho de que la teoría de Einstein puede formularse utilizando solo el llamado escalar de Ricci (denotado por la letra [math] R [/ math]), y estas teorías modificadas reemplazan [math] R [/ math] con alguna función [math] f (R) [/ math] de [math] R [/ math] ( por ejemplo, [matemáticas] R ^ 2 [/ matemáticas]) en las expresiones apropiadas. Sin embargo, no es difícil demostrar que en la mayoría de los casos, las teorías [matemáticas] f (R) [/ matemáticas] son ​​solo teorías escalares disfrazadas, es decir, Jordan-Brans-Dicke o alguna variante de las mismas.

Una desviación más audaz de la teoría de Einstein es la gravedad conforme de Philip Mannheim y sus variantes: teorías en las que el escalar de Ricci se reemplaza por otra cosa, notablemente algo formado por el llamado tensor Weyl (o conforme), que (a diferencia del escalar de Ricci) es distinto de cero en ausencia de materia. (Esto lleva a todo tipo de predicciones interesantes, no todas buenas para la teoría).

Aún en el contexto de las teorías métricas, existen extensiones más complicadas de la relatividad general, algunas involucrando múltiples campos (por ejemplo, múltiples campos escalares, campos vectoriales, quizás incluso métricas adicionales, las llamadas teorías bimétricas de la gravedad).

Todas las teorías métricas pueden caracterizarse por una serie de parámetros que básicamente miden cómo las predicciones de la teoría se desvían de las de Einstein. Los orígenes de esta parametrización se remontan a la década de 1920, a Sir Arthur Eddington, quien introdujo por primera vez un par de parámetros que hoy en día son conocidos por las letras griegas [matemáticas] \ beta [/ matemáticas] y [matemáticas] \ gamma [/ matemáticas] . Para la relatividad general, ambos parámetros tienen el valor de 1; para otras teorías, pueden tener valores diferentes. La extensión moderna del formalismo de Eddington se llama formalismo post-newtoniano parametrizado (PPN), con hasta 11 parámetros diferentes. Lo bueno de estos parámetros es que son mensurables: los experimentos terrestres, los experimentos espaciales (órbitas de naves espaciales, la propagación de radio, el radar y el alcance del láser) y las observaciones astronómicas ayudan. Nuevamente, hasta la fecha, ningún experimento contradecía la relatividad general.

Un ejemplo de una teoría bastante complicada que utiliza múltiples campos es la llamada teoría TeVeS (Tensor-Vector-Escalar) del difunto Jacob Bekenstein. Esta teoría relativista de la gravedad fue un intento de proporcionar una justificación teórica para la famosa fórmula MOND (Dinámica Newtoniana Modificada) de Mordehai Milgrom, una fórmula no relativista que ofrece una predicción razonablemente buena para las rotaciones de galaxias sin la necesidad de introducir materia oscura.

Otras teorías métricas complicadas juegan con las propiedades del campo métrico en sí, permitiendo que la métrica se vuelva “no simétrica” ​​(en un sentido matemático específico de la palabra), o que tenga la llamada “torsión”.

Más allá de las teorías métricas de la gravedad, existen teorías de la gravedad que predicen algún tipo de “quinta fuerza” que actúa sobre la materia además de la geometría del espacio-tiempo. Una de esas teorías es la MOG (gravedad modificada) de John Moffat, también conocida por el acrónimo STVG (gravedad escalar-tensor-vector; no, nada que ver con TeVeS, a pesar de la similitud entre los nombres). La principal dificultad de estas “quinta fuerza” Las teorías con las que tenemos que lidiar es que, debido a la quinta fuerza, la materia ya no sigue a la geodésica. Si esto también se aplica a los rayos de luz, eso es un problema: los fotones con diferentes energías seguirían diferentes caminos, por lo que cuando observa, por ejemplo, la curvatura gravitacional de la luz (u ondas de radio) por el Sol, o la lente gravitacional por astronómica distante objetos, la flexión dependerá del color / frecuencia! Nuevamente, esto no es algo que vemos.

En muchos casos, tales predicciones “inconvenientes” de las teorías se ocultan utilizando diversos mecanismos de “detección”, como el llamado mecanismo de camaleón en el caso de las teorías escalares.

Hay muchos más, por supuesto, pero creo que el bosquejo rápido anterior es un resumen razonablemente coherente de las teorías más prevalentes.

En cuanto a la verificación experimental: la motivación de la mayoría de estas teorías es eliminar la materia oscura y explicar los fenómenos observados (curvas de rotación de galaxias, dinámica de cúmulos de galaxias, formación de estructuras a gran escala, observaciones cosmológicas, incluido el espectro de potencia angular del fondo de microondas ) modificando las leyes de la gravedad en su lugar. El listón está muy alto. Una teoría de la gravedad modificada no solo debe ser consistente con todos los experimentos de laboratorio y del sistema solar, sino que también debe ser consistente con las observaciones de púlsares binarios (observación indirecta de radiación gravitacional), observación directa de ondas gravitacionales, lentes gravitacionales sobre escalas cosmológicas y observaciones cosmológicas a gran escala. Mientras tanto, la teoría de Einstein es muy estricta: se basa en unos pocos principios muy básicos (esencialmente, covarianza general, la idea de que las leyes de la naturaleza son independientes del marco de referencia del observador) y el principio de equivalencia débil, es decir, que la gravedad no No importa de qué material está hecho, solo su contenido de energía de estrés), por lo que modificarlo requiere una precisión casi quirúrgica.

Y, por supuesto, todas estas son teorías clásicas. La cuestión de cuantificar la gravedad es otra cuestión completamente distinta. ¿Es la gravedad una teoría del campo cuántico? ¿La relatividad general surge de una teoría más fundamental (por ejemplo, la teoría de cuerdas)? ¿Es la gravedad puramente clásica, por ejemplo, la gravedad entrópica? Estas siguen siendo preguntas completamente abiertas por el momento.

Answer 2

Viktor T. Toth ha dado una respuesta excelente y exhaustiva a la pregunta formulada, centrándose principalmente en hipótesis destinadas a reemplazar o modificar de alguna manera la relatividad general de Einstein. Deseo abordar aquí el asunto de la gravedad cuántica aludido hacia el final de esa respuesta y colocarlo en el contexto más amplio de la unificación de la relatividad general y las teorías de campo cuántico.

Parece que la mayoría de los intentos de unificación encaminados a capturar y domesticar la gravedad cuántica intentan cuantificar la relatividad general para que se ajuste a la fuga eléctrica y la fuerza nuclear fuerte de las teorías de campo cuántico. Ninguno de estos intentos ha resultado particularmente exitoso, ni es probable que lo haga en el futuro porque están ladrando al árbol equivocado.

La relatividad general se niega rotundamente a someterse a las renormalizaciones requeridas por este enfoque de tipo. Nos inundan los ceros produciendo singularidades que en realidad son infinitos que no conducen a ninguna parte si uno es persuasivo al que pertenecen la mayoría de los físicos, siendo los matemáticos puros otra cuestión.

La geometría mandalic ofrece un nuevo enfoque, uno que comienza con las teorías de campo cuántico y directamente de ellas intenta abrir un camino hacia la gravedad cuántica. Estos intentos aún están incompletos pero parecen prometedores. Se basan en una visión que nos llega del propio Einstein. Indicó inequívocamente que la gravedad no es una fuerza como las tres que mejor entendemos, sino más bien un atributo geométrico del espacio-tiempo en sus relaciones con la masa y la luz. Einstein entendió que el espacio-tiempo mismo posee una estructura, estructura que se ve afectada y modificada de una manera particular por la masa y por la luz y, a cambio, los afecta a ambos. Es la interacción entre estos lo que entendemos como gravedad.

En la geometría mandalica se forma una nueva concepción de la estructura del espacio-tiempo. Esto comienza lógicamente (pero no históricamente) con la amplificación del sistema de coordenadas cartesianas por grados adicionales de libertad. Las ramificaciones de hacer esto se extienden a las geometrías de GR y QFT.

Descartes, al desarrollar su sistema de coordenadas, hizo uso implícito de un axioma que aún no se había expresado formalmente en el momento de sus escritos. Asumió una correspondencia uno a uno entre los puntos en la recta numérica real y los puntos geométricos en el espacio. No hay justificación a priori para hacerlo. Sin embargo, funciona bastante bien en la mayoría de las situaciones y contextos de nuestra experiencia habitual (al igual que la mecánica y la gravitación newtonianas).

El problema surge cuando intentamos aplicar este sistema de coordenadas a contextos externos y extraordinarios como los abordajes GR y QFT. Incluso cuando se administra una infusión de números complejos, este enfoque para describir la realidad permanece en cierto sentido anémico, produciendo, por un lado, resultados que coinciden notablemente bien con la mayoría de las mediciones que tenemos la capacidad de hacer actualmente, mientras que por otro lado no logran dilucidar ciertas características de realidad que siguen siendo paradojas extrañas que no podemos explicar adecuadamente.

Luego está la cuestión de la gravedad cuántica, que todavía aparece como desaparecida en acción. Sabemos que está allí, que existe, pero no podemos comprenderlo. . . todavía.

La geometría mandalica es una geometría compuesta, lo que quiere decir que es una formación híbrida. Implica el mapeo, de una manera prescrita específicamente, de seis dimensiones euclidianas adicionales a las tres dimensiones euclidianas con las que estamos familiarizados y que Descartes describió en su sistema de coordenadas.

El mapeo implica una operación matemática llamada composición dimensional. Este procedimiento simple es análogo a la operación binaria de suma, pero solo se “suman” cantidades de vectores unitarios y solo dos grados de libertad, uno en cada una de dos dimensiones diferentes. Esto equivale a algo así como la adición de +1 y -1 en sus diversas posibilidades combinatorias, pero solo los signos son importantes. Entonces la suma puede ser ++, – -, + – o – + en diferentes situaciones.

La composición dimensional, entonces, implica alternativamente la interferencia constructiva o destructiva en forma de onda de los vectores unitarios que representan grados de libertad en dos dimensiones diferentes pero relacionadas, es decir, diferentes parámetros capaces de interacción. En circunstancias apropiadas, esto podría verse como modelos de interacciones de partículas fundamentales en estados cuánticos similares o diferentes.

Una vez que se realiza este mapeo de dos a uno, el cubo de vector de unidad de seis dimensiones discretizado e inflado resultante se superpone finalmente en el cubo de vector de unidad tridimensional del espacio cartesiano. Juntos, en esta superposición, forman la red hexagram que es el módulo fundamental del espacio mandalic, en realidad, del espacio-tiempo mandalic, ya que la geometría mandalic trata el espacio y el tiempo juntos de manera unitaria, estructural y operacionalmente.

Lo que tenemos en este momento es un sistema de coordenadas cartesianas muy amplificado, una especie de sistema de coordenadas cartesianas con esteroides, si lo desea, que posee todos los grados adicionales de libertad necesarios para unificar GR y QFT.

¿Por qué estoy tan seguro de esto? Porque cada triplete ordenado cartesiano ha sido reestructurado de tal manera que todos los ceros han sido desterrados, junto con todas las singularidades e infinitos que han afectado a la física durante mucho tiempo.

¿Y qué hay de la gravedad cuántica? La formación híbrida – – – el módulo fundamental de la geometría mandalica, conocida como la red hexagram – – – contiene dentro de su estructura hipergeométrica “elementos” que pueden identificarse como modelos de las partículas más estables del Modelo Estándar, así como los campos de fuerza que los relacionan y transforman, es decir, todos los fermiones y bosones más importantes, incluido lo que parece ser un gravitón spin 2.

Pero dejando de lado la apariencia de un objeto complejo que parece modelar el escurridizo gravitón, encontramos algo posiblemente aún más importante: la formación de la unidad modular del espacio-tiempo mandalico, una construcción geométrica que es súper simétrica en el espacio y el tiempo juntos. Lleva la firma unificada de ambos. Y en algún lugar de este extraño laberinto complicado está la verdadera explicación de la gravedad cuántica que va mucho más allá del gravitón y los campos de fuerza locales y globales que engendra. Establece la forma en que la masa y la luz doblan el espacio-tiempo a través de una geometría de once dimensiones, nueve de espacio y dos de tiempo.

Nos dice que la gravedad cuántica es un fenómeno emergente de extraordinaria complejidad lógica enorme. Solo la lógica que usa no es la que heredamos de la Era de la Iluminación.

Answer 3

No creo que la teoría de campo cuántico se llame una teoría “alternativa”, pero me gustaría decirle a la gente que, al contrario de lo que dicen muchos físicos, incluye o es coherente con la relatividad general, al menos en la formulación de Julian Schwinger . Como de costumbre, citaré de mi libro (copiar y pegar es mucho más fácil que escribir desde cero):

“A menudo se dice que la relatividad general es incompatible con la teoría cuántica. Julian Schwinger no estuvo de acuerdo.

“[Considere] un campo neutral que presumiblemente no posee propiedades internas y responde dinámicamente a los atributos espacio-temporales de otros sistemas … Parece que en la jerarquía de campos hay un lugar natural para el campo gravitacional. – J. Schwinger (S1957, p. 433)

“Schwinger publicó dos artículos sobre” El campo gravitacional cuantificado “en la Revisión física en 1963.

“Esto no quiere decir que no haya ningún problema con la gravedad cuántica. Del mismo modo que las ecuaciones QFT para el campo EM condujeron a valores infinitos, las ecuaciones de campo gravitacional conducen a infinitos, pero estos infinitos no pueden evitarse mediante la renormalización, como se describe en el Capítulo 6. Pero esto no significa que QFT y la relatividad general sean inconsistentes . Solo significa que la teoría no describe la interacción de un cuanto gravitacional con su propio campo (ver “Las brechas” en el Capítulo 10) “.

Continúo desde allí para mostrar cómo Schwinger encontró una forma de evitar el problema de la “renormalización” de la gravedad y pude reproducir los cuatro resultados clásicos de Einstein: desplazamiento rojo gravitacional, desviación y desaceleración de la luz por la gravedad, y la precesión del perihelio de Mercurio.

Answer 4

La teoría general de la relatividad está muy bien respaldada experimentalmente, por lo que no hay propuestas serias para reemplazarla simplemente. Hay teorías propuestas para derivarlo de ideas más fundamentales. El físico ruso Andrei Sakharov propuso que GR se derive de la acción colectiva de los campos de partículas cuánticas. Más recientemente, se han desarrollado teorías en las que el espacio-tiempo, incluida su curvatura, se deriva del enredo de las fluctuaciones en el vacío cuántico. También hay teorías que derivan fuerzas gravitacionales y GR de la termodinámica de los horizontes de información. La teoría de cuerdas predice la existencia de una partícula que tiene las propiedades del hipotético gravitón. Algunas de estas teorías probablemente demostrarán ser equivalentes si se pueden resolver.

Answer 5

La teoría de la relatividad general de Minkowski y Einstein mapeó la fuerza gravitacional en el continuo espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

La teoría de Kaluza-Klein extendida de Kaluza y Klein mapeó las fuerzas gravitacionales y electromagnéticas en un continuo SpaceTime + de cinco dimensiones. Fue un gran intento de unificar fuerzas aparentemente diferentes, así como las ecuaciones de Maxwell unificaron fuerzas eléctricas y magnéticas.

La teoría de cuerdas de Nambu, Susskind y otros es un intento de mapear fuerzas gravitacionales, electromagnéticas, débiles y fuertes al continuo SpaceTime ++++++. Es un gran intento de unificar fuerzas aparentemente diferentes. Desafortunadamente, es extremadamente difícil y no está soportado experimentalmente en esta etapa.

La física es dinámica y turbulenta, como un río que fluye. La física no es estática y tranquila, como un lago fijo.

Answer 6

La relatividad de Einstein se basa en una premisa falsa: el postulado de velocidad constante de la luz de 1905 de Einstein. La falsedad siempre debe ser reemplazada por la verdad, y esto significaría reemplazar la relatividad de Einstein con la vieja, aburrida, etc. teoría newtoniana.

Por supuesto, la teoría newtoniana podría estar equivocada en otros aspectos, por ejemplo, la acción gravitacional puede no ser instantánea. Esto, sin embargo, no significa que se deba preservar la falsedad de la velocidad de la luz constante.

Pentcho Valev