WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Пространственное распределение галактик и тесты релятивистской космологии

-- [ Страница 2 ] --

Впервые получены наблюдаемые характеристики локального закона Хаббла по галактикам с расстояниями, измеренными по цефеидам, и дана интерпретация малой дисперсии скоростей в рамках двухкомпонентной модели как результата действия космологической вакуумонодобной материи.

Н а у ч н а я И практическая ценность. Научная ценность работы состоит в расширении круга наблюдательных тестов исходных принципов космологических моделей, что необходимо для обоснования надежности космологических выводов о доминировании экзотических форм материи во Вселенной.

Расширенная формулировка космологического принципа и более широкий анализ физики гравитационного взаимодействия позволяет включить в наблюдательную проверку космологические модели более общие, чем фридмановские. В частности, разработаны тесты для фрактально-однородных моделей.

Предложенные тесты релятивистской теории гравитации необходимы для планирования новых гравитационных экспериментов, направленных на получение количественных оценок и верхних пределов возможного отклонения от принципа эквивалентности и на обнаружение новых релятивистских гравитационных эффектов, включая скалярные гравитационные волны.

Предложенные тесты крупномасштабной структуры могут быть использованы при планировании и интерпретации наблюдений распределения галактик в пространстве, их кинематики и динамики, как в локальном объеме (10 Мпк), так и на хаббловских масштабах (1000 Мпк).

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Вывод, сделанный на основе анализа структуры релятивистских космологических моделей, о необходимости разделения наблюдательных космологических тестов на параметрические, направленные на оценку параметров моделей, и критические, такие как тесты космологического принципа, природы скрытой массы-энергии и природы гравитационного взаимодействия, направленные на проверку оснований космологических моделей.

2. Результаты анализа полевого подхода Фейнмана к описанию гравитации и вывод о необходимости разработки дополнительных астрофизических тестов физики гравитационного взаимодействия. Предложение в качестве критических тестов природы гравитации наблюдения обобщенного эффекта Нордтведта и детектирования скалярных гравитационных волн.

3. Результаты анализа пространственного распределения галактик из каталога KLUN на основе расстояний, измеренных методом Талли-Фишера, и вывод о наличии фрактальной структуры без использования красных смещений галактик.

Подтверждение величины фрактальной размерности 2 па масштабе до Мпк. Вывод о наличии абсолютного верхнего предела для полной массы фрактально распределенной скрытой материи во Вселенной.

4. Вывод о малой наблюдаемой величине отклонения от линейности локального закона Хаббла и малой дисперсии скоростей (40 км/с) для галактик местного объема с расстояниями, измеренными по цефеидам.

5. Результаты применения к местному объему релятивистских моделей, учитывающих фрактальное распределение вещества и однородное распределение темной энергии, и оценку величины основных параметров темной материи и темной энергии, необходимых для объяснения наблюдаемых характеристик локального закона Хаббла.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ряде всесоюзных, всероссийских и международных конференций: "Релятивистская астрофизика и космология"— САО РАН, 1988; "Проблемы физики высоких энергий и теории поля"- Протвино, 1990, 1994; "Переменность блазаров"- Турку (Финляндия), 1991; "Гравитационные линзы во Вселенной"- Льеж (Бельгия), 1993;

"Гравитационно волновой эксперимент"— Фраскати (Италия), 1994; "Актуальные проблемы внегалактической астрономии"— Пущино, 1997, 1998, 2001; Коллоквиум MAC № 174 "Малые группы галактик" — Турку (Финляндия), 1999; Международная мемориальная конференция "Гамов—99" — С.Петербург, 1999; Ассамблея COSPAR — Варшава (Польша), 2000; V Международная конференция по гравитации и астрофизике стран азиатско-тихоокеанского региона — Москва, 2001; Международная конференция "Небесная механика — 2002: результаты и перспективы"— Санкт-Петербург, 2002, а также на следующих семинарах: кафедры астрофизики СПбГУ, сектора теоретической астрофизики Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе, Специальной астрофизической обсерватории РАН, лаборатории им. Фридмана (СПб), физического факультета Римского университета (Италия), Лионской обсерватории (Франция), Обсерватории университета г.Турку (Финляндия), института Лауэ—Ланжевена (Гренобль, Франция), Парижской обсерватории (Франция).

С т р у к т у р а И о б ъ е м работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы (220 наименований) и приложения, содержит 7 рисунков и 5 таблиц. Общий объем диссертации - 210 страниц.

2 Содержание работы Во Введении отражены актуальность проблемы, цель исследования, основные положения, выносимые на защиту, отмечена их научная новизна и практическая значимость.

В Главе 1 дается обоснование и формулировка тех конкретных задач космологии, решению которых посвящены последующие главы диссертации.

В разделе 1.1 проводится анализ структуры релятивистских космологических моделей и делается вывод о том, что главными элементами космологических моделей являются космологический принцип и релятивистская теория гравитации. Дается формулировка обобщенного космологического принципа, позволяющего включить в рассмотрение модели с фрактальным распределением вещества.





Показано, что как космологический принцип Эйнштейна, так и космологический принцип Мандсльброта включают принцип отсутствия выделенного центра.

Стохастическая фрактальная структура дает пример дискретного распределения вещества, которое является неоднородным, локально изотропным и не имеет выделенного центра. Таким образом космологический принцип Мандельброта распространяет принцип Коперника на самоподобные неоднородные распределения вещества (история этого вопроса рассмотрена в книге Барышева и Тесрикорпи 2002).

Для Вселенной, содержащей две существенно различные компоненты нерелятивистскую и релятивистскую материю, возможно одновременное выполнение принципа однородности для релятивистской компоненты и принципа фрактальности для нерелятивистской массы. Поскольку с увеличением масштаба плотность фрактальной компоненты уменьшается, то всегда существует масштаб, начиная с которого плотность однородной релятивистской материи превосходит плотность обычного вещества, а значит глобально возможно использование однородных космологических моделей.

доминированием вакуума или квинтэссенции и на их примере обсуждаются особенности космологической физики расширяющегося пространства. Главной открытой проблемой современных космологических моделей является неопределенность в описании взаимодействия между различными компонентами (Пиблс и Ратра 2002). Возможность обмена энергией между обычной материей, холодным темным веществом и темной энергией допускается уравнениями Эйнштейна, которые требуют только равенства нулю ковариантной производной от полного тензора энергии-импульса материи.

Поскольку физика холодной темной компоненты (CDM) и темной энергии (DE) остается неизвестной, то предлагается использовать феноменологический подход, позволяющий получать ограничения на предполагаемые виды взаимодействий из сравнения предсказываемых и наблюдаемых космологических зависимостей.

В разделе 1.3 На основе анализа структуры современных космологических моделей, предложено деление наблюдательных космологических тестов на критические (проверка оснований) и параметрические (проверка следствий). Имеющиеся параметрические космологические тесты хотя и являются основным рабочим инструментом наблюдательной космологии, но значительно отягощены эффектами селекции и эволюции, что существенно снижает надежность оценок космологических параметров. Для укрепления оснований космологических моделей необходимым является разработка критических космологических тестов таких, как тесты природы гравитации, тесты космологического принципа и тесты природы "темного сектора".

Глава 2 посвящена разработке астрофизических тестов природы гравитации.

Поскольку теория гравитации является главным элементом космологических моделей, определяющим также физику "темного сектора", то необходима разработка таких астрофизических тестов, которые обеспечат разностороннюю проверку физических свойств гравитационного взаимодействия.

В разделе 2.1 рассмотрена проблема физики гравитационного взаимодействия на примере геометрического и полевого подходов к описапию гравитации. Современные теории гравитации можно разделить на три класса в соответствии с той ролью, которую в них играет пространство Минковского как глобальная фоновая геометрия. К первой группе относятся теории, в которых фоновое пространство Минковского не играет роли — это полностью геометризованные теории (такие как ОТО Эйнштейна, теория Бранса-Диккс); во второй группе оно играет вспомогательную роль это частично геометризованные теории; к третьей группе относятся теории, в которых пространство Минковского играет ключевую роль это негеометризованные теории (например, полевая теория гравитации Фейнмана). Особая роль пространства. Минковского в полевом подходе позволяет описывать гравитационное взаимодействие как обмен квантами поля, аналогично другим фундаментальным физическим взаимодействиям (Фейнман и др. 1995, Тирринг 1961, Зельдович и Новиков 1971: обзор истории полевого подхода см. Варышев 1999, Страуман 2000, Питс и Шиеве 2001).

В разделе 2.2 приводятся основные принципы, уравнения и предсказания геометрической теории гравитации, на основе которых построены ее астрофизические тесты. К классическим релятивистским эффектам гравитации относятся: отклонение света, гравитационное смещение частоты, запаздывание радиосигналов, смещение перицентра эллиптической орбиты, прецессия плоскости орбиты и оси гироскопа в поле вращающегося массивного тела, гравитационное квадрупольное излучение. Кроме того в сильных полях ОТО предсказывает существование черных дыр для компактных объектов с массой большей предела Оппенгеймера-Волкова (около ).

В разделе 2.3 решена задача последовательного построения полевой теории гравитации (ПТГ) на пост-ньютоновском уровне. Приводятся исходные принципы, выбираются лагранжианы гравитационного поля и взаимодействия, выводятся уравнения гравитационного поля и уравнения движения частиц и релятивистского газа.

Даются решения основных уравнений методом последовательных приближений и таким образом полевой подход развит до уровня, необходимого для расчета астрофизических предсказаний. Показано, что все классические релятивистские эффекты гравитации описываются в ПТГ теми же конечными формулами, что и в ОТО, и следовательно необходимо разработать новые тесты, способные различить полевой и геометрический подходы.

Главное отличие ПТГ от ОТО состоит в том, что ПТГ фактически является скалярно-тензорной теорией, в которой скалярное поле содержится в исходном симметричном тензорном потенциале в виде его следа ( в отличие от теорий типа Бранса-Дикке, где скалярное поле вводится дополнительно и имеет новую константу связи).

Гравитационное поле в ПТГ обладает ТЭИ аналогично другим полям, при этом энергия гравитационного поля положительна, локализуема и переносится квантами поля - гравитонами. ТЭИ гравитационного поля симметричен, имеет Т00 0 и Т = 0. Положительная плотность энергии статического гравитационного поля дает вклад 16% в наблюдаемую величину смещения перицентра орбиты пробного тела.

Следовательно согласно ПТГ энергия гравитационного поля уже измерена в эффекте смещения перигелия Меркурия и в смещении перицентра в двойных пульсарах.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 









 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.