Датчик гравитации в телефоне – что это такое, как работает?

Измерение гравитации – зачем в смартфоне?

Если помните школьный курс физики, то упрощённая формула определения силы тяжести подразумевает произведение массы тела на ускорение свободного падения. Но что нам это дает? Точнее, как подобная информация может использоваться мобильным устройством?

Первая «теория», с которой столкнулся на известном форуме звучала таким образом:

С помощью этого датчика смартфон реагирует на падение и срабатывает система защиты: внутренняя память отключается, процессор переходит в режим энергопотребления и т.д. В итоге личные файлы не пострадают от физического воздействия (удара), и всё будет хорошо.

Как Вам такое? Лично я не поверил в столь фантастическое объяснение.

Далее увидел массу сообщений, суть которых сводилась к следующему:

Датчик гравитации в телефоне – это очередной маркетинговый ход производителей, направленный на увеличение заинтересованности потенциальных покупателей. Ведь можно будет потом похвастаться перед знакомыми, мол, у меня есть такой сенсор, а у вас нет.

На самом деле, речь идет об акселерометре. Он предназначен для фиксации направления и ускорения при перемещении гаджета. Проще говоря, ключевую роль играет инерционная составляющая:

image

Не буду повторяться, просто перейдите по ссылке и читайте детальный обзор, смотрите видео.

Попрошу не путать с гироскопом! Весьма распространённая ошибка.

Положительные особенности

Теперь вы знаете – когда в описании технических характеристик указывается наличие рассматриваемого в статье сенсора, значит подразумевается accelerometr. Применяется он в следующих ситуациях:

  • В приложениях-шагомерах – для уточнения данных о пройденном расстоянии. Весьма нужный функционал для сторонников здорового образа жизни;
  • Если активна опция «Автоматический поворот экрана», то датчик силы тяжести в смартфоне измеряет направление вектора движения, анализирует инфо и меняет ориентацию изображения (с вертикальной на горизонтальную, и наоборот);
  • В играх (гоночные симуляторы, управление самолётом и т.д.) можно управлять транспортным средством путем наклона девайса;

image

  • Поддержка разных жестов – встряхивание разной силы, амплитуды. Некоторые приложения реально настроить так, чтобы движения устройства приводили в действие те или иные функции;
  • Дополнительный источник информации для геолокационных программ (навигаторы, карты, барометры, альтиметры и тому подобное).

Уверен, что публикация оказалась полезной и пролила свет на необъяснимые факты из области мобильных технологий. А чтобы «прозреть» еще больше, просмотрите нашу подборку с описанием датчиков, используемых в смартфонах. Ну а для получения статуса «Гуру» советуем изучить наши полезные советы для Android и iPhone.

15.12.201810:003182 Виктор Фельк Информационный портал IT Техник

26 сентября 2019

Продолжаем разбираться в устройстве смартфона. В прошлый раз смотрели экраны, а сегодня поговорим про датчики.

Акселерометр, также называют G-сенсор. Официальное определение гласит, что это устройство, измеряющее проекцию кажущегося ускорения. А если простым языком, то акселерометр помогает смартфону определить положение в пространстве, а также расстояние перемещения. Основные функции акселерометра:

  • Автоповорот ориентации экрана;
  • Также акселерометр можно настроить так, чтоб он реагировал на жесты и действия. Например, потрясти смартфон или перевернуть экраном вниз, чтоб заглушить вызов;
  • Ещё акселерометр помогает считать шаги и помогает ориентироваться на картах (Google Maps и прочих)

Акселерометр – это громоздкое устройство, внутри которого находится инертная масса, реагирующая на все перемещения. Такой вариант для смартфона не подходил, поэтому придумали чип, имеющий кристаллическую структуру, пьезоэлектрический элемент и сенсор ёмкостного сопротивления. Когда смартфон перемещается/вращается, то пьезоэлектрический элемент выдаёт разряды, а сенсор их интерпретирует, таким образом определяя положение и скорость.

Акселерометр – базовый датчик, который есть в любом, даже самом дешевом, смартфоне. Хотя это на удивление технически сложный продукт. В смартфонах акселерометр понимает движения по 3 осям. Третья нужна для 3D позиционирования. К слову, акселерометр есть и во всех современных автомобилях, но там он обычно двухосевой (ибо автомобиль не крутится в воздухе). 

Не все акселерометры одинаковые. Их делают из разных материалов. Соответственно, некоторые более чувствительные, некоторые менее.

Гироскоп – это один самых классных датчиков, о полезности которого для смартфонов долгое время никто не подозревал, пока на сцену не вышел Стив Джобс и не объяснил, как оно должно быть. Посмотрите презентацию этой шикарной функции, и как зал взорвался от восторга. 

Не следует путать гироскоп и акселерометр. Эти датчики частично дублируют и дополняют друг друга. Гироскоп также служит для отслеживания положения устройства в пространстве, но он делает это путем определения собственного угла наклона относительно земной поверхности. Это очень важно, так как это означает, что в условиях нулевой гравитации, вы не сможете поиграть в Asphalt 9, используя в качестве управления наклоны устройства. Будьте внимательны!

Гироскоп (в отличие от акселерометра) не может измерять проделанное расстояние, зато гораздо точнее определяет положение в пространстве. Для понимания посмотрите, пожалуйста, видео со Стивом Джобсом выше. Начиная с времени 1:10 Джобс показывает, как определяет положение объекта в пространстве акселерометр и как гироскоп. 

Датчик приближения (proximity sensor). Как видно из названия, это датчик, который помогает определить наличие перед ним объекта. Самый простой пример – это отключение экрана, когда смартфон подносят к уху. Также датчик приближения исключает фантомные включения экрана, когда смартфон находится в сумке или кармане. Такой датчик может сам или в комбинации с фронтальной камерой отслеживать движения рукой над экраном для выполнения каких-либо функций. Например, пролистывание странички в браузере и тому подобное. Существует множество технологий датчика приближения. Он может работать по типу радара, сонара, эффекта Доплера, есть инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент. 

Датчик освещения – здесь всё просто и понятно. Такой датчик помогает автоматически выставить яркость экрана. Датчик освещения уже считается базовым датчиком, но в дешевых смартфонах на нем могут сэкономить. И тогда придется каждый раз выставлять яркость вручную. 

Современный датчик освещения обычно работает в комбинации с ИИ смартфона. Например, если датчик выставил определенную яркость, а вы его вручную поправили, то смартфон возьмёт на заметку и в следующий раз самостоятельно сделает экран поярче. Соответственно, всегда давайте датчику освещения освоится и подстроиться под ваши привычки прежде, чем осуждать его работу.

Датчик Холла – один из самых таинственных датчиков в смартфоне, ибо мало кто знает, зачем он нужен. Датчик, основанный на, так называемом, эффекте Холла, фиксирует магнитное поле и измеряет его напряженность. Говоря языком физики: электроны в проводнике всегда перпендекулярны (угол 90 градусов) направлению магнитного поля. Плотность электронов на разных сторонах проводника будет отличаться, возникает разность потенциалов, которую и фиксирует датчик Холла. 

Но в смартфонах используется упрощенный датчик Холла, фиксирующий только наличие магнитного поля. 

Обычно датчик Холла нужен для дополнительных аксессуаров. Например, именно он включает экран iPad, когда пользователь снимает магнитный чехол. Кстати, в этой функции датчик приближения вполне может подменить датчик Холла.

Также датчик Холла работает в паре с компасом, делая работу последнего более точной. 

Компас (магнитомер) – это очень важный датчик, даже если вы не занимаетесь спортивным ориентированием. Именно компас отвечает за то, что на Google Maps пользователь видит не просто точку, а стрелочку, указывающую в какую-сторону вы смотрите. 

Когда компас откалиброван, то отображение направления узкое. Чтобы откалибровать компас, откройте карты Google и крутите смартфон «восьмеркой»:

Барометр – обычно наличием подобного датчика могут похвастаться только флагманы. Барометр ассистирует GPS и помогает определить высоту. Наличие такого датчика полезно, так как на Google Maps уже появляются схемы зданий, и барометр определит на каком этаже вы находитесь. Также барометр используется в приложениях, определяющих физическую активность. Суть такая же: определить, сколько этажей вы прошли. 

Датчик влажности – когда-то такой датчик был в Samsung Galaxy Note 4, а потом Samsung от него отказались. Роль очевидная. Датчик определяет уровень влажности. 

Датчик сердцебиения/датчик кислорода в крови – ещё один фирменный датчик от Samsung, но он есть и во многих фитнес-браслетах. Работает совместно с LED-вспышкой. Прикладываете палец, LED светит вам свозь палец, а датчик измеряет, как отражаются световые волны. Волны отражаются по-разному в зависимости от пульса: кровеносные сосуды, то сужаются, то расширяются. По этому же принципу работает и функция определения кислорода в крови. 

GPS – глобальная система позиционирования. По сути, это даже не датчик, а наличие у смартфона возможности коммуницировать со спутниками благодаря или отдельному, или мульти-чипу, поддерживающему сразу несколько систем. Сейчас у каждой развитой страны, есть своя система спутников. ГЛОНАСС в России, Galileo в Европе, BDS (или BeiDou) в Китае, QZSS (или Quasi-Zenith Satellite System) в Японии. Можно скачать программу GPS Test, которая покажет, какие спутники видит ваш смартфон. Например, на скриншоте ниже отображаются флаги GPS, ГЛОНАСС и Galileo.

GPS прекрасная технология, но медленная (пока там все спутники найдешь и опросишь) и потребляющая много энергии и хорошо работающая на открытой местности, поэтому была придумана ещё A-GPS (Assisted GPS). Принцип основан на том, что пока GPS ищет спутники, смартфон успевает опросить сотовые вышки, Wi-Fi сети, Bluetooth устройства на предмет местонахождения. Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта, а также снижается расход энергии.

Двухдиапазонный GPS. Поддержка этой опции появилась в устройствах начbfz с Android 7 и старше. iPhone так не умеет. 

Обычно спутники посылают два сигнала: грубый и точный. Если говорить про GPS, то это каналы L1 и L5, а у Галилео это E1 и Е5. L1 – это грубый канал. В городе любой сигнал достигает до спутника не только напрямую, но и отражаясь от сторонних объектов (например, зданий), то есть к спутнику прилетает сразу несколько сигналов. Соответственно, и возвращается он также не один, и образуется примерная область нахождения, где все вернувшиеся сигналы пересекаются. Ещё есть точный канал L5. Этот канал гораздо меньше подвержен искажением, так как работает по принципу: Первый достигший спутника сигнал и есть верный (ведь он идет по самому короткому пути, а не через отражения), а остальные можно игнорировать. 

Раньше L5 принадлежал только военным и спец объектам, но теперь спутников в небе стало много, и L5-спутников хватит на всех, поэтому было решено поделиться.

Вместо заключения

Счётчик Гейгера – самый неожиданный датчик, правда? Это японская тема. И насколько есть информация в интернете, такой датчик был только в телефоне Sharp Pantone 5, который вышел после аварии на атомной станции Фукусима-1. 

Акселерометр

Акселерометр измеряет ускорение и позволяет смартфону определять характеристики движения и положения в пространстве. Именно этот датчик работает, когда вертикальная ориентация меняется на горизонтальную при повороте устройства. Он же отвечает за подсчёт шагов и измерение скорости движения во всевозможных приложениях-картах. Акселерометр даёт информацию о том, в какую сторону повёрнут смартфон, что становится важной функцией в различных приложениях с дополненной реальностью.

Этот сенсор сам состоит из маленьких датчиков: микроскопических кристаллических структур, под влиянием сил ускорения переходящих в напряжённое состояние. Напряжение передаётся акселерометру, который интерпретирует его в данные о скорости и направлении движения.

Гироскоп

Этот датчик помогает акселерометру ориентироваться в пространстве. Он, например, позволяет делать на смартфон панорамные фото. В играх с гонками, где управление происходит с помощью перемещения устройства, работает как раз гироскоп. Он чувствителен к поворотам устройства относительно своей оси.

В смартфонах используются микроэлектромеханические системы, а первые подобные приборы, сохраняющие ось при поворотах, появились ещё в начале XIX века.

Магнитометр

Последний в тройке сенсоров для ориентации в пространстве — магнитометр. Он измеряет магнитные поля и, соответственно, может определить, где находится север. Функция компаса в различных приложениях с картами и отдельные программы-компасы работают с помощью магнитометра.

Подобные датчики есть в металлодетекторах, так что можно найти специальные приложения, превращающие смартфон в такой прибор.

Магнитометр действует в тандеме с акселерометром и GPS для определения географического положения и навигации.

GPS

Где бы мы были без технологии GPS (Global Positioning System)? Смартфон соединяется с несколькими спутниками и высчитывает своё положение на основании углов пересечения. Бывает, что спутники недоступны: например, при большой облачности или внутри помещений.

GPS не использует данные мобильной сети, поэтому геолокация работает и вне зоны покрытия сотовой связи: даже если саму карту загрузить не получится, точка геолокации всё равно будет.

При этом функция GPS тратит много заряда аккумулятора, поэтому лучше её отключать вне надобности.

Ещё один способ геолокации, хотя и не очень точный, — это определение расстояния от вышек сотовой связи. Смартфон добавляет к данным GPS другую информацию, например силу мобильного сигнала, для уточнения местоположения.

Барометр

Многие смартфоны, в том числе iPhone, имеют этот сенсор, измеряющий атмосферное давление. Он нужен для регистрации изменения погоды и определения высоты над уровнем моря.

Бесконтактный выключатель

Этот сенсор обычно находится около динамика в верхней части смартфона и состоит из инфракрасного диода и датчика света. Он использует невидимый человеку луч, чтобы определить, находится ли устройство возле уха. Так смартфон «понимает», что во время разговора по телефону нужно отключить дисплей.

Датчик освещённости

Как можно догадаться по названию, этот сенсор измеряет уровень освещённости окружающей среды, что позволяет автоматически настраивать комфортную яркость дисплея.

Датчики с каждым новым поколением смартфонов становятся всё более эффективными, маленькими и менее энергозатратными. Поэтому не стоит думать, что, например, функция GPS в устройстве, которому уже несколько лет, будет работать так же хорошо, как в новом. И даже если в информации о новых смартфонах не указывают характеристики всех этих датчиков, будьте уверены, что именно они позволяют вам пользоваться многими впечатляющими функциями современных гаджетов.

Современный смартфон – это сложное высокотехнологичное вычислительное устройство, которое мощнее тысяч бортовых компьютеров, полвека назад запускавших «Аполлоны» на Луну. Датчиков на борту флагманских мобильников тоже установлено едва не больше, чем на борту этого самого «Аполлона».  Каждый из них незаметно, но добросовестно выполняет свою работу. Чем же занимаются все эти датчики смартфона, и как они устроены – подробнее читайте далее.

Датчик освещения

Сенсор освещения в смартфоне расположен на передней панели, обычно возле разговорного динамика (бывают исключения). Конструкционно он представляет полупроводниковый сенсор, чувствительный к потоку фотонов. В зависимости от его интенсивности, сенсор осуществляет управление подсветкой дисплея, с целью более эффективно расходовать заряд аккумулятора. Также он может выполнять вспомогательную функцию для других задач, работая с датчиком приближения.

Датчик приближения

Это – оптический или ультразвуковой сенсор, определяющий, нет ли предметов перед экраном. Он посылает очень слабый световой или звуковой импульс, а если тот отразился – регистрирует отраженный сигнал. За счет этого осуществляется автоматическая блокировка экрана в режиме разговора или при перевороте смартфона дисплеем вниз. Традиционно сенсор приближения откалиброван таким образом, что регистрирует лишь 2 состояния: «посторонний предмет ближе N (обычно 5) сантиметров» и «посторонний предмет дальше N см».

Акселерометр

Этот сенсор смартфона расположен на плате и представляет собой миниатюрный электромеханический прибор, регистрирующий малейшие движения. В обязанности этого датчика входит переключение ориентации экрана смартфона при наклоне, управление в играх, регистрация особых жестов управления (вроде потряхивания или постукивания по корпусу), а также замер шагов (путем подсчета ритмических колебаний в процессе ходьбы).

Обычный двухосевой акселерометр в смартфоне

Бывают двухосевые и трехосевые акселерометры. Особенностью акселерометра является то, что в состоянии покоя — одна из осей всегда будет показывать значение в районе 9-10 м/с2 (в трехосевом трехмерном акселерометре). Это связанно с тем, что сила тяжести Земли составляет в среднем 9,8 м/с2.

Гироскоп

Гироскоп отвечает за определение движения и ориентации смартфона в пространстве. Он тоже конструкционно представляет MEMS (микроэлектромеханическую схему), расположенную на системной плате. Сферы его применени пересекаются с таковыми у акселерометра. Основные отличия состоят в том, что гироскоп имеет заметно большую точность и измеряет движение не в м/с2, а радианах или градусах на секунду. За счет этого его можно использовать для отслеживания поворотов головы в VR-гарнитуре, а также более точно реализовать жестовое управление.

Гироскоп MEMS под микроскопом

Магнитометр и датчик Холла

Магнитометр измеряет величину магнитного поля окружающего мира. Он также проводит измерения в трехмерном пространстве (по трем осям декартовых координат — X, Y и Z). Основная функция магнитометра – более точное определение местоположения в ходе навигации. В этом режиме использования он выполняет функцию цифрового компаса. Благодаря тому, что одна из осей, которая расположена в плоскости с Северным полюсом Земли, регистрирует постоянно повышенный фон. Магнитометр помогает более точно определять, в какую сторону относительно севера движется смартфон.

Магнитометр смартфона

Часто магнитометр называют датчиком Холла, однако это не совсем тождественные понятия. Подробнее о датчике Холла мы писали в другой статье. Отличия состоят в том, что первый является более универсальным и чувствительным. Магнитометр способен производить замеры магнитного излучения, в то время как только регистрирует его наличие/отсутствие и уменьшение/усиление. В современных смартфонах отдельный датчик Холла обычно не ставят, так как универсальный магнитометр полностью покрывает его функциональность.

Одной из альтернативных функций магнитометра является поиск проводки в стенах. Проводник под напряжением генерирует слабое электромагнитное излучение, а чувствительность сенсора составляет единицы микротесла. Если водить смартфоном по стене, то в месте заложения кабеля магнитный фон будет повышенным.

Датчик гравитации

Измеряет силу притяжения нашей планеты в трехмерном пространстве. В состоянии покоя (когда смартфон лежит на столе), его показания должны совпадать с акселерометром: по одной из осей сила гравитации будет близка к 9,8 м/с2. Самостоятельно этот сенсор обычно не используется, но помогает работе других. В режиме навигации он определяет, в какой стороне земная поверхность, чтобы быстрее определить правильное положение смартфона. При использовании в VR за счет сенсора гравитации осуществляется правильное позиционирование картинки.

Датчик линейного ускорения в смартфоне

Принцип его работы практически идентичен акселерометру, единственное отличие кроется в инертности. То есть, показания этого сенсора не зависят ни от каких глобальных внешних факторов (вроде гравитации). Единственное, что он регистрирует – это скорость перемещений смартфона в пространстве относительно его прежнего положения.

Определять положение аппарата в пространстве датчик линейного ускорения не способен (нет привязки к внешним ориентирам), но это и не нужно (с данной задачей отлично справляются сенсор гравитации и акселерометр). Отсутствие привязки к внешним ориентирам позволяет поворачивать объекты на дисплее безотносительно этих ориентиров, например, в играх. Также данный сенсор, в совокупности с другими, повышает общую точность определения движений.

Датчик вращения

Он определяет направление и частоту вращения смартфона относительно одной из осей трехмерного пространства. Как и датчик ускорения, является независимым и не привязан к внешним ориентирам. Часто выполняется в составе одного модуля с сенсором линейного ускорения. Отдельно, как правило, не задействуется, но позволяет корректировать работу других сенсоров для повышения точности. Также помогает при управлении жестами, например, покрутив смартфон в кисти руки активируется камера.

Гироскоп MEMS в разрезе

Температурные датчики

Современный смартфон обильно напичкан цифровыми термометрами. Конструкционно они представляют собой термопару: резистор с двумя выводами, сопротивление между которыми меняется в зависимости от температуры. Так как он относительно примитивен, то может быть выполнен даже внутри полупроводникового чипа.

В каждом смартфоне обязательно имеется датчик температуры батареи. При ее перегреве он отключает зарядку или снижает силу тока на выходе, чтобы предотвратить закипание электролита, которое влечет возгорание или взрыв. Также распространены термометры внутри SoC (в количестве от пары штук – до десятка и более). Они измеряют температуры процессорных ядер, графического ускорителя, различных контроллеров. Иногда встречаются и датчики окружающей температуры, но они распространены слабо. Причина тому – низкая точность, так как тепло от внутренностей аппарата и рук пользователя искажает показания.

Датчик давления (барометр) в смартфоне

Барометр в смартфоне измеряет атмосферное давление (в мм ртутного столба, бар или паскалях). Он позволяет корректнее определять местоположение и высоту над уровнем моря, так как при подъеме давление снижается. Также он может использоваться в качестве альтиметра, замеряя высоту над уровнем моря, но точность оставляет желать лучшего, так как атмосферное давление меняется вместе с погодой. Еще меньше востребована функция корректировки прогноза погоды в метеорологических программах и виджетах.

Гигрометр

Гигрометр измеряет влажность воздуха. Его основное предназначение очевидно, но популярностью данный сенсор не пользуется. В теории с его помощью можно корректировать данные прогноза погоды. Зная показания, можно также управлять микроклиматом в помещении, включив увлажнитель или осушитель воздуха. Единственный из известных смартфонов с гигрометром – уже старенький Samsung Galaxy S4.

Пульсометр или датчик сердечного ритма в смартфонах

Пульсометр способен измерять частоту и ритм сердечных сокращений. В процессе занятий спортом он дает возможность наблюдать за работой сердца и корректировать нагрузки для повышения эффективности тренировок. Недостатком пульсометра является потребность в плотном контакте смартфона с частью тела, в которой кровеносные сосуды находятся близко к поверхности (например, пальцами), чтобы уловить малейшие пульсации. Из-за этого популярности в смартфонах он не приобрел, а вот в смарт-часах и фитнес трекерах встречается повсеместно.

Пульсометр

Конформная гравитация относится к теориям гравитации, которые инвариантны относительно конформных преобразований в смысле римановой геометрии ; точнее, они инвариантны относительно преобразований Вейля, где —

метрический тензор,

а — функция в

пространстве-времени

. грамм а б → Ω 2 ( Икс ) грамм а б { displaystyle g_ {ab} rightarrow Omega ^ {2} (x) g_ {ab}} грамм а б { displaystyle g_ {ab}} Ω ( Икс ) { Displaystyle Omega (х)}

Теории вейля в квадрате

В простейшей теории этой категории квадрат тензора Вейля является лагранжианом

S знак равно ∫ d 4 Икс — грамм C а б c d C а б c d , { displaystyle { mathcal {S}} = int mathrm {d} ^ {4} x { sqrt {-g}} C_ {abcd} C ^ {abcd},}

где — тензор Вейля. Это должно контрастировать с обычным действием

Эйнштейна – Гильберта,

где лагранжиан — это просто

скаляр Риччи

. Уравнение движения при изменении метрики называется

тензором Баха

, C а б c d { displaystyle C_ {abcd}}

2 ∇ а ∇ d C а б c d + C а б c d р а d знак равно , { displaystyle 2 , nabla _ {a} , nabla _ {d} {{C ^ {a}} _ {bc}} ^ {d} + {{C ^ {a}} _ {bc} } ^ {d} R_ {ad} = 0,}

где —

тензор Риччи

. Конформно плоские метрики являются решениями этого уравнения. р а б { displaystyle R_ {ab}}

Поскольку эти теории приводят к уравнениям четвертого порядка для флуктуаций вокруг фиксированного фона, они не являются явно унитарными. Поэтому обычно считалось, что их нельзя последовательно квантовать. Сейчас это оспаривается.

Теории с четырьмя производными

Конформная гравитация — это пример теории четырех производных . Это означает, что каждый член волнового уравнения может содержать до четырех производных. Есть плюсы и минусы теорий 4-производных. Плюсы в том, что квантованная версия теории более конвергентна и перенормируема . Минусы в том, что могут быть проблемы с причинно-следственной связью . Более простой пример волнового уравнения с 4 производными — это скалярное волновое уравнение с 4 производными:

◻ 2 ⁡ Φ знак равно { Displaystyle OperatorName { Box} ^ {2} Phi = 0}

Решение этой проблемы в центральном силовом поле:

Φ ( р ) знак равно 1 — 2 м р + а р + б р 2 { displaystyle Phi (r) = 1 — { frac {2m} {r}} + ar + br ^ {2}}

Первые два члена такие же, как в уравнении нормальной волны. Поскольку это уравнение является более простым приближением конформной гравитации, m соответствует массе центрального источника. Последние два члена являются уникальными для волновых уравнений с 4 производными. Было предложено присвоить им небольшие значения для учета постоянной ускорения галактики (также известной как темная материя ) и постоянной темной энергии . Решение, эквивалентное решению Шварцшильда в общей теории относительности для сферического источника конформной гравитации, имеет метрику с:

φ ( р ) знак равно грамм 00 знак равно ( 1 — 6 б c ) 1 2 — 2 б р + c р + d 3 р 2 { displaystyle varphi (r) = g ^ {00} = (1-6bc) ^ { frac {1} {2}} — { frac {2b} {r}} + cr + { frac {d} {3}} г ^ {2}}

чтобы показать разницу между общей теорией относительности. 6bc очень маленький, поэтому его можно игнорировать. Проблема в том, что теперь c — это полная масса-энергия источника, а b — это интеграл плотности, умноженный на квадрат расстояния до источника. Так что это совершенно отличный от общей теории относительности потенциал, а не просто небольшая модификация.

Основная проблема с теориями конформной гравитации, как и с любой теорией с высшими производными, — это типичное присутствие призраков , которые указывают на нестабильность квантовой версии теории, хотя может быть решение проблемы призраков.

Альтернативный подход состоит в том, чтобы рассматривать гравитационную постоянную как

скалярное поле с

нарушенной симметрией , и в этом случае вы можете рассмотреть небольшую поправку к

ньютоновской гравитации,

подобную этой (которую мы считаем небольшой поправкой): ε { Displaystyle varepsilon}

◻ ⁡ Φ + ε 2 ◻ 2 ⁡ Φ знак равно { displaystyle operatorname { Box} Phi + varepsilon ^ {2} operatorname { Box} ^ {2} Phi = 0}

в этом случае общее решение такое же, как и в случае Ньютона, за исключением того, что может быть дополнительный член:

Φ знак равно 1 — 2 м р ( 1 + α грех ⁡ ( р ε + β ) ) { displaystyle Phi = 1 — { frac {2m} {r}} left (1+ alpha sin left ({ frac {r} { varepsilon}} + beta right) right) }

где есть дополнительная составляющая, синусоидально изменяющаяся в пространстве. Длина волны этого изменения может быть довольно большой, например, атомная ширина. Таким образом, в этой модели, похоже, существует несколько стабильных потенциалов вокруг силы тяжести.

Конформная унификация к Стандартной модели

Добавляя подходящий гравитационный член к действию стандартной модели в искривленном пространстве-времени , теория развивает локальную конформную (вейлевскую) инвариантность. Конформный датчик фиксируется путем выбора эталонной шкалы масс на основе константы гравитационного взаимодействия . Этот подход генерирует массы для векторных бозонов и полей материи, аналогичные механизму Хиггса, без традиционного спонтанного нарушения симметрии.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Е. С. Фрадкин, А. А. Цейтлин (1985). «Конформная супергравитация». Phys. Rep . 119 (4–5): 233–362. Bibcode : 1985PhR … 119..233F . DOI : 10.1016 / 0370-1573 (85) 90138-3 .
  • Фальсификация конформной гравитации Мангейма в ЦЕРНе
  • Опровержение Мангеймом вышеизложенного в arXiv.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Citilink-kabinet.ru
Добавить комментарий