이중 특수 상대성 이론 - Doubly special relativity

이중 특수 상대성 이론 - Doubly special relativity

이중 특수 상대성(DSR) - 기형 특수 상대성 또는 일부에 의해 초특수 상대성이라고도 불리기도 하는 특수 상대성 이론은 관찰자 독립 최대 속도(빛의 속도)뿐만 아니라 관찰자 독립 최대 에너지 척도와 최소 길이 척도(플랑크 에너지와 플랑크)가 존재하는 변형된 특수 상대성 이론이다.

이중 특수 상대성 이론의 역사

관찰자 독립 길이를 도입하여 특수 상대성을 수정하려는 첫 시도는 이 길이를 약 10^-15m로 추정했던 파블로풀로스(1967)에 의해 이루어졌다. 양자 중력의 맥락에서 지오바니 아멜리노-카멜리아(2000년)는 플랑크 길이 16.162×10^-36m의 불변성을 보존하는 구체적인 실현을 제안함으로써 지금 이중 특수상대성이라 불리는 것을 소개했다. 이것은 관찰자 독립 플랑크 질량 측면에서 코왈스키-글릭만(2001)에 의해 재구성되었다. 아멜리노-카멜리아의 그것에서 영감을 받은 다른 모델은 2001년 주앙 마귀이조와 플랑크 에너지의 불변성에 초점을 맞춘 이 스몰린에 의해 제안되었다. 플랑크 에너지의 불변성을 최대 에너지로서든 최대 추진력으로서든 또는 둘 다 달성하도록 하는 특수 상대성 변형이 실제로 세 가지 있다는 것을 깨달았다. DSR 모델은 2+1차원의 루프 양자중력과 관련이 있을 가능성이 있으며, 관계도 3+1차원으로 존재하는 것으로 추측돼 왔다.

이러한 제안에 대한 동기는 주로 다음과 같은 관찰에 근거하여 이론적이다. 플랑크 에너지는 양자 중력 이론에서 근본적인 역할을 할 것으로 기대되며, 양자 중력 효과를 무시할 수 없고 새로운 현상이 중요해질 수 있는 척도를 설정한다. 특수상대성이성이 이 척도를 정확히 고수하려면 모든 관성 관측자가 동일한 물리적 법칙에 의해 현상을 기술할 수 있어야 한다는 원칙과는 반대로 로렌츠-피츠제럴드 수축으로 인해 서로 다른 척도로 양자 중력 효과를 관측할 것이다. 이러한 동기는 로렌츠 변환의 결과 자체가 관찰 가능한 현상을 구성하지 않는다는 이유로 비판 받아왔다. DSR도 아직 해결되지 않은 여러 가지 제형 불일치로 어려움을 겪고 있다. 가장 주목할 만한 것은 축구공 문제로 알려진 거시적인 신체들의 표준 변형 행동을 회복하는 것이 어렵다는 것이다. 또 다른 개념적 어려움은 DSR이 모멘텀 공간에 공식화된 선행기술이라는 점이다. 위치 공간에 모델의 일관된 공식화가 아직 없다.

DSR과 달리 선호 프레임 효과를 도입해 상대성 원리와 로렌츠 불변성을 침해하는 로렌츠 폭력 모델도 많다. 시드니 콜먼과 쉘든 리 글래쇼의 유효 필드 이론, 특히 로렌츠 위반에 대한 일반적인 프레임워크를 제공하는 스탠더드-모델 익스텐션이 그 예다. 이러한 모델은 가능한 로렌츠 위반을 평가하기 위해 정확한 예측을 할 수 있으므로 표준 모델과 특수 상대성 관련 실험을 분석하는 데 널리 사용된다.

특수 상대성 이론의 예측

현재까지 실험은 특수상대성이론에 대한 모순을 관찰하지 못했다. 초기에는 일반 특수 상대성 및 이중 특수 상대성이 높은 에너지 프로세스에서 뚜렷한 물리적 예측을 할 것으로 추측되었으며, 특히 먼 근원에서 우주 광선의 에너지에 대한 GZK 한계의 도출은 유효하지 않을 것이다. 그러나 현재 표준 이중 특수 상대성 이론은 표준-모델 확장처럼 절대 국부적 휴식 프레임이 존재하는 모델과는 달리 GZK 컷오프의 억제를 예측하지 않는다는 것이 확립되었다.

DSR은 일반적으로 빛의 속도에 대한 에너지 의존성을 내포하므로, 플랑크 질량에 걸쳐 에너지의 첫 순서에 대한 변경이 있을 경우, 이 에너지 의존성은 먼 감마선 폭발로부터 지구에 도달하는 높은 에너지 광자에서 관측할 수 있을 것으로 예측되었다. 현재 에너지에 의존하는 빛의 속도가 에너지와 함께 증가하는지 감소하는지에 따라, 고도로 정력적인 광자는 낮은 정력적인 광자보다 빠르거나 느릴 것이다. 그러나 2009년 Fermi-LAT 실험에서 31개의 GeV 광자가 측정되었는데, 이 광자는 동일한 폭발에서 다른 광자와 거의 동시에 도달하여 Planck 에너지 이상의 분산 효과를 배제했다. 또한 에너지에 의존하는 빛의 속도의 DSR은 일관성이 없고 입자물리학 실험에서 오랫동안 관찰되어온 비 국소적 입자 상호작용으로 이어질 수 있기 때문에 첫 순서 효과는 이미 배제된다는 주장이 제기되어 왔다.

시터 상대성 이론

De Sitter 그룹은 자연적으로 불변 길이 매개변수를 통합하므로 de Sitter 상대성 이론은 길이 매개변수뿐만 아니라 불변속도를 통합하기 때문에 이중 특수 상대성 이론의 예로 해석할 수 있다. 하지만 근본적인 차이가 있다. 모든 이중 특수 상대성 모델에서 로렌츠 대칭은 위반되는 반면, 드 시터 상대성에서는 물리적 대칭으로 남아있다. 일반적인 이중 특수 상대성 모델의 단점은 일반 특수 상대성이 분해되어야 하는 에너지 척도에서만 유효하여 패치워크 상대성이 발생한다는 것이다. 반면, de Sitter 상대성은 질량, 에너지, 운동량의 동시 재확장 하에서는 불변성이 발견되며, 결과적으로 모든 에너지 척도에서 유효하다.