النسبية الخاصة المزدوجة

النسبية الخاصة المزدوجة ^{[ 1 ] [ 2 ]} ( DSR ) - وتُسمى أيضًا النسبية الخاصة المشوهة - هي نظرية معدلة للنسبية الخاصة ، لا تقتصر على وجود سرعة قصوى مستقلة عن الراصد ( سرعة الضوء )، بل تشمل أيضًا مقياس طاقة قصوى مستقل عن الراصد ( طاقة بلانك ) و/أو مقياس طول أدنى ( طول بلانك ). ^{[ 3 ]} وهذا يتناقض مع النظريات الأخرى التي تنتهك تناظر لورنتز ، مثل امتداد النموذج القياسي ، حيث يُكسر تناظر لورنتز بوجود إطار مرجعي مفضل . الدافع الرئيسي لهذه النظرية هو أن طاقة بلانك يجب أن تكون المقياس الذي تصبح عنده تأثيرات الجاذبية الكمومية غير المعروفة حتى الآن مهمة، وبسبب ثبات القوانين الفيزيائية، يجب أن يظل هذا المقياس ثابتًا في جميع الأطر المرجعية العطالية. ^{[ 4 ]}

قام بافلوبولوس (1967) بأولى المحاولات لتعديل النسبية الخاصة من خلال إدخال طول مستقل عن المراقب، وقدّر هذا الطول بحوالي10⁻¹⁵ مترًا  . ^{[ 5 ] [ 6 ]} في سياق الجاذبية الكمومية ، قدم جيوفاني أميلينو-كاميليا (2000) ما يُعرف الآن بالنسبية الخاصة المزدوجة، وذلك باقتراح تحقيق محدد للحفاظ على ثبات طول بلانك ^.1.616255 × 10⁻³⁵ م  . ^{[ 7 ] [ 8 ]} أعاد كوالسكي-غليكمان (2001) صياغة هذه القيمة بدلالة كتلة بلانك المستقلة عن الراصد ^. [ 9 ^{] في عام} 2001 ، اقترح جواو ماغويجو ولي سمولين نموذجًا مختلفًا مستوحى من نموذج أميلينو-كاميليا ، حيث ركزا أيضًا على ثبات طاقة بلانك . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

تبيّن وجود ثلاثة أنواع من تشوّهات النسبية الخاصة التي تسمح بتحقيق ثبات طاقة بلانك؛ إما كطاقة قصوى، أو كزخم أقصى، أو كليهما. من المحتمل أن تكون نماذج النسبية الخاصة المزدوجة مرتبطة بنظرية الجاذبية الكمومية الحلقية في بُعدين مكانيين وزمنيين، وقد طُرحت فرضية وجود علاقة مماثلة في ثلاثة أبعاد مكانية وزمنية. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

الدافع وراء هذه المقترحات نظري في المقام الأول، ويستند إلى الملاحظة التالية: من المتوقع أن تلعب طاقة بلانك دورًا أساسيًا في نظرية الجاذبية الكمومية ؛ إذ تحدد المقياس الذي لا يمكن عنده إهمال تأثيرات الجاذبية الكمومية، والذي قد تصبح عنده ظواهر جديدة ذات أهمية. إذا ما صمد النسبية الخاصة تمامًا عند هذا المقياس، فسيرصد المراقبون المختلفون تأثيرات الجاذبية الكمومية عند مقاييس مختلفة، بسبب انكماش لورنتز-فيتزجيرالد ، وهو ما يتعارض مع مبدأ أن جميع المراقبين العطاليين يجب أن يكونوا قادرين على وصف الظواهر بالقوانين الفيزيائية نفسها. وقد وُجهت انتقادات لهذا الدافع، على أساس أن نتيجة تحويل لورنتز لا تُشكل في حد ذاتها ظاهرة قابلة للرصد. ^{[ 4 ]} كما تعاني النسبية الخاصة المنفصلة (DSR) من عدة تناقضات في الصياغة لم تُحل بعد. ^{[ 14 ] [ 15 ]} ومن أبرزها صعوبة استعادة سلوك التحويل القياسي للأجسام العيانية، والمعروفة بمشكلة كرة القدم. ^{[ 16 ]} أما الصعوبة المفاهيمية الأخرى فتكمن في أن النسبية الخاصة المنفصلة (DSR) تُصاغ مسبقًا في فضاء الزخم . لا يوجد حتى الآن صياغة متسقة للنموذج في فضاء الموضع .

لم ترصد التجارب حتى الآن أي تناقضات مع النظرية النسبية الخاصة.

كان يُعتقد في البداية أن النسبية الخاصة العادية والنسبية الخاصة المزدوجة ستقدمان تنبؤات فيزيائية مختلفة في العمليات عالية الطاقة، وعلى وجه الخصوص، أن اشتقاق حد GZK على طاقات الأشعة الكونية من مصادر بعيدة لن يكون صحيحًا. ومع ذلك، فقد ثبت الآن أن النسبية الخاصة المزدوجة القياسية لا تتنبأ بأي انخفاض في حد GZK، على عكس النماذج التي يوجد فيها إطار مرجعي محلي مطلق ، مثل نظريات المجال الفعالة كنموذج الامتداد القياسي .

بما أن نظرية التشتت الديناميكي (DSR) تشير عمومًا (وإن لم يكن بالضرورة) إلى اعتماد سرعة الضوء على الطاقة، فقد تم التنبؤ أيضًا بأنه في حال وجود تعديلات من الدرجة الأولى في الطاقة بالنسبة لكتلة بلانك، فإن هذا الاعتماد على الطاقة سيكون قابلاً للملاحظة في الفوتونات عالية الطاقة التي تصل إلى الأرض من انفجارات أشعة غاما البعيدة . وبناءً على ما إذا كانت سرعة الضوء، التي تعتمد الآن على الطاقة، تزداد أو تنقص مع الطاقة (وهي سمة تعتمد على النموذج)، ستكون الفوتونات عالية الطاقة أسرع أو أبطأ من الفوتونات منخفضة الطاقة. ^{[ 17 ]} ومع ذلك، فقد قاس تجربة فيرمي-لات في عام 2009 فوتونًا طاقته 31  جيجا إلكترون فولت، والذي وصل في نفس الوقت تقريبًا مع فوتونات أخرى من نفس الانفجار، مما استبعد تأثيرات التشتت هذه حتى فوق طاقة بلانك. ^{[ 18 ]} علاوة على ذلك، فقد قيل إن نظرية السرعة النسبية الديناميكية، التي تعتمد على سرعة الضوء وطاقتها، غير متسقة، وأن تأثيرات الدرجة الأولى مستبعدة بالفعل لأنها ستؤدي إلى تفاعلات جسيمية غير محلية كان من الممكن رصدها منذ فترة طويلة في تجارب فيزياء الجسيمات. ^{[ 19 ]}

بما أن مجموعة دي سيتر تتضمن بطبيعتها معامل طول ثابت، يمكن تفسير نسبية دي سيتر كمثال على النسبية الخاصة المزدوجة، لأن زمكان دي سيتر يتضمن سرعة ثابتة، بالإضافة إلى معامل الطول. مع ذلك، ثمة فرق جوهري: فبينما تُنتهك تناظرية لورنتز في جميع نماذج النسبية الخاصة المزدوجة، تبقى هذه التناظرية ثابتة في نسبية دي سيتر. من عيوب نماذج النسبية الخاصة المزدوجة المعتادة أنها صالحة فقط عند مستويات الطاقة التي يُفترض أن تنهار عندها النسبية الخاصة العادية، مما يُؤدي إلى نسبية مُجزأة. من ناحية أخرى، وُجد أن نسبية دي سيتر ثابتة عند إعادة قياس الكتلة والطاقة والزخم في آنٍ واحد، وبالتالي فهي صالحة عند جميع مستويات الطاقة.

• مقياس بلانك
• وحدات بلانك
• حقبة بلانك
• تناظر فوك-لورنتز

• أميلينو-كاميليا، جيوفاني (2002). "النسبية الخاصة المزدوجة: النتائج الأولية والمشكلات المفتوحة الرئيسية". المجلة الدولية للفيزياء الحديثة D. 11 ( 10): 1643-1669 . arXiv : gr-qc/0210063 . Bibcode : 2002IJMPD..11.1643A . doi : 10.1142/S021827180200302X . S2CID 43004370 . 
• أميلينو-كاميليا، جيوفاني (2002). "النسبية: معالجة خاصة". مجلة نيتشر . 418 (6893): 34-35 . arXiv : gr-qc/0207049 . Bibcode : 2002Natur.418...34A . doi : 10.1038/418034a . PMID: 12097897. S2CID : 16844423 .  
• كاردون، ف .؛ ميغاني، ر. (2004). الطاقة والهندسة: مقدمة في النسبية الخاصة المشوهة . وورلد ساينتيفيك . ISBN 981-238-728-5.
• جعفري، ن.؛ شريعتي، أ. (2006). "النسبية الخاصة المزدوجة: نسبية جديدة أم لا؟". وقائع مؤتمر AIP . المجلد  841. الصفحات 462-465 . arXiv : gr-qc/0602075 . doi : 10.1063/1.2218214 . 
• كوالسكي-غليكمان، ج. (2005). "مقدمة في النسبية الخاصة المزدوجة". تأثيرات مقياس بلانك في الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات . سلسلة محاضرات في الفيزياء. المجلد  669. الصفحات 131-159 . arXiv : hep-th/0405273 . doi : 10.1007/b105189 . ISBN  978-3-540-25263-4.
• سمولين، لي (2006). "الفصل 14. البناء على أينشتاين". مشكلة الفيزياء: صعود نظرية الأوتار، وسقوط علم، وما سيأتي بعد ذلك . بوسطن، ماساتشوستس: هوتون ميفلين. ISBN 978-0-618-55105-7. OCLC 64453453 . يقدم سمولين للقارئ العادي تاريخاً موجزاً لتطور نظرية الانعكاسات الرقمية وكيفية ارتباطها بنظرية الأوتار وعلم الكونيات .