Spontaneous generation of geometry and its possible consequences

Abstract

In this thesis a viable theory of gravity resulting from the spontaneous symmetry breaking of some more fundamental theory is developed. This fundamental theory does not include any notion of a metric or geometry. All the corresponding degrees of freedom are obtained dynamically from the symmetry breaking. The low energy effective theory corresponds to the Einstein-Hilbert theory naturally equipped with a cosmological term. The appearance of such term makes the cosmological constant interpretable as an intrinsic property of space time rather than an effective description valid at cosmological scales.

The effect of this cosmological constant different from zero in the propagation of gravitational waves is assessed. In the presence of an cosmological constant gravitational waves propagate in a de Sitter space time and not in a minkoskian at space time. This fact brings about noticeable effects in the propagation of the waves.

Finally we study the relevance of such effects due to the cosmological constant in the gravitational waves targeted at the PTA (Pulsar Timing Array) projects. We conclude that the effects can be measured in local systems (low redshits). This could represent an alternative way to set bounds to the value of the cosmological constant and at the same time could even facilitate the first detection of gravitational.

Generació espontània de la gravetat i possibles conseqüències observacionals.

En aquesta tesi hem desenvolupat una teoria en què la gravitació d'Einstein s'obté dinàmicament mitjançant el mecanisme de ruptura espontània de simetria d'una altra teoria més fonamental. En aquesta teoria fonamental no existeix cap noció mètrica o de geometria. Tots els graus de llibertat associats a la geometria de l'espai temps emergeixen tan sols després del trencament de la simetria. El resultat final correspon a la teoria d'Einstein-Hilbert naturalment equipada amb una constant cosmològica. El fet d'obtenir aquesta constant ens porta a la seva interpretació com a una propietat intrínseca de l'espai temps en contraposició a la interpretació com a descripció efectiva tan sols vàlida a escales cosmològiques.

Aprofitant el fet d'obtenir una constant cosmològica diferent de zero estudiem l'efecte que aquesta té en la propagació d'ones gravitatòries. En la seva presència les ones es propaguen en un espai temps de De Sitter i no en un espai temps pla de Minkowski. Els efectes poden, en principi, ésser mesurats en observacions en sistemes locals (“redshifts” petits).

Finalment estudiem la rellevància que poden tenir aquestes modificacions, degudes a la constant cosmològica, en les ones gravitatòries que podrien ser detectades mitjançant els “pulsar timing arrays” en un futur proper. La conclusió és que la inclusió de la constant cosmològica té efectes notables que podrien significar un mètode alternatiu a la mesura del valor mateix de la constant cosmològica. De fet, aquests efectes podrien facilitar la primera detecció de les ones gravitatòries.