Литмир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

Этими комментариями о проблемах, представляющих значительный интерес в настоящее время, мы заканчиваем обсуждение классической теории гравитации.

Лекция 16

16.1. Связь между полями вещества и гравитацией

В лекции 10 мы выписали члены действия, соответствующие распространению свободных частиц и полей. Всё, что не вошло ранее в полное действие, может быть рассмотрено как взаимодействие между полями, и мы можем приступить к вычислению различных процессов путём использования теории возмущений. В этом случае нет необходимости в том, чтобы оправдываться в использовании возмущений, так как гравитация намного слабее других полей, для которых кажется, что теория возмущений даёт предельно точные предсказания. Известные части общего действия являются следующими:

-

1

2λ²

𝑑⁴𝑥

-𝑔

𝑅

+

1

2

𝑑⁴𝑥

-𝑔

𝑔

μν

φ

φ

-

𝑚²φ²

-

𝑑⁴𝑥

-𝑔

𝑅

φ²

.

(16.1.1)

Первое приближение, которое мы сделаем, состоит в том, что мы положим коэффициент α равным нулю. Если оставить такой член в действии, то обычно ухудшается ситуация, связанная со многими проблемами расходимости, с которыми мы столкнёмся позже, и в этом случае увеличивается объём вычислений. Поскольку любой выбор этого коэффициента может быть произвольным в нынешнем состоянии искусства эксперимента, мы выбираем значение, которое упрощает вычисления наиболее удобным для нас образом. Второй шаг состоит в том, чтобы вытащить член, представляющий пропагатор этих полей, путём введения разложения

𝑔

μν

=

η

μν

+

μν

.

(16.1.2)

После того, как мы записали действие на языке полей ℎμν и скалярного материального поля, мы получаем следующее соотношение:

Действие

=

𝑑⁴𝑥

𝐹²

[ℎ

μν

]

+

𝑑⁴𝑥

𝐼[ℎ

μν

,φ]

+

(16.1.3)

+

𝑑⁴𝑥

𝑀[φ]

,

где

𝐹²[ℎ

μν

]

=

1

2

μν,λ

μν

-

2

μλ

μν

,

𝑀

=

1

2

η

μν

φ

φ

-

𝑚²φ

.

Вариации функции 𝐼 по отношению к полям ℎμν или φ представляют члены источника в дифференциальных уравнениях полей. Эти уравнения могут быть записаны в следующем виде в пространственном и импульсном представлениях:

□φ

-

𝑚²φ

=-

δ𝐼

δφ

→φ

=-

1

(𝑘²-𝑚²+𝑖ε)

𝐼

δ𝐼

δφ

,

-ℎ

μν,λ

+

μλ,ν

+

νλ,ν

=

λ

𝑆

μν

,

где

𝑆

μν

=-

1

λ

δ𝐼

δℎμν

.

(16.1.4)

Заметим, что 𝑆μν есть та величина, которую мы называли new𝑇μν в лекции 6 (см. соотношение (6.1.2)). Что мы должны делать дальше? Из-за тщательного построения первоначального действия как инвариантного интеграла может быть показано, что обыкновенная дивергенция тензора источника 𝑆μν тождественно равна нулю. В импульсном представлении

𝑘

μ

𝑆

μν

=

0.

(16.1.5)

Тензор источника содержит в себе и источники материи, и источники гравитации. Из-за свободы, которую мы имеем в выборе калибровки, мы можем сделать тензор с чертой ℎμν бездивергентным и, таким образом, получить решение

𝑘

ν

μν

=

0→

𝑘²

μν

=

λ

𝑆

μν

,

μν

=

λ

𝑘²+𝑖ε

𝑆

μν

.

(16.1.6)

Тензор, стоящий справа, есть не просто тензор неизвестного источника: теперь он хорошо определён на языке первоначального действия (16.1.1) и разложения (16.1.2), так что уравнения являются совместными и энергия сохраняется. Раз у нас есть разложение по степеням константы связи λ, мы можем, используя обычные правила теории возмущения, приступить к вычислению всех диаграмм каждого заданного порядка λ. Ключевыми разложениями являются разложение 𝑔μν и разложение √𝑔. Первое легко может быть выписано по аналогии с разложением (1+𝑥)⁻¹, когда 𝑥 есть малая величина. Мы имеем

𝑔

μν

=

η

μν

+

μν

⎞⁻¹

=

=

η

μν

-

μν

+

4λ²

μ

β

βν

-

3λ³

μβ

βτ

τν

+… ,

(16.1.7)

где необходимо помнить правило суммирования для плоского пространства-времени, как в соотношении (4.1.6). Выражение для разложения √-𝑔 может быть вычислено посредством манипуляций, описанных в лекции 6. Используя соотношение (6.3.11) при

𝑔

μν

=

η

μβ

δ

β

ν

+

β

ν

,

мы имеем

-Det 𝑔

μν

=

=

-Det η

μν

exp

1

2

Tr log

δ

β

ν

+

β

90
{"b":"614071","o":1}