Dviej? neutronini? ?vaig?d?i? sistema sukuria terp? – raibuliuoja erdv?laikyje

Gravitacija(universali gravitacija, gravitacija) yra pagrindin? gamtos s?veika, kuriai pavald?s visi k?nai, turintys mas?. Gravitacija daugiausia veikia kosminiu mastu.

Terminas gravitacija taip pat naudojamas kaip fizikos skyriaus, tirian?io gravitacin? lauk? ir gravitacin? s?veik?, pavadinimas.

Gravitacin? s?veika

Svarbiausia gravitacijos savyb? yra ta, kad jos sukeliamas ma?? bandom?j? k?n? pagreitis beveik nepriklauso nuo ?i? k?n? mas?s. Taip yra d?l to, kad gravitacija kaip gamtos j?ga yra tiesiogiai proporcinga s?veikaujan?i? k?n? masei. Kai k?n? dydis pasiekia planet? ir ?vaig?d?i? dyd?, gravitacin? j?ga tampa lemiama ir formuoja ?i? objekt? sferin? form?. Toliau did?jant dyd?iui iki galaktik? spie?i? ir superspie?i? lygio, atsiranda ribotas efektas. Tai lemia tai, kad superspie?iai neb?ra apvalios formos, o primena pailgus cigaro formos pluo?tus, esan?ius greta mazg?, kuriuose yra masyviausi? galaktik? spie?i?. Gravitacin? s?veika yra viena i? keturi? pagrindini? m?s? pasaulio s?veik?. Klasikin?s mechanikos r?muose apra?oma gravitacin? s?veika pagal ?statymus universalioji gravitacija Niutonas, pagal kur? gravitacin?s traukos j?ga tarp dviej? mas?s k?n?, atskirt? atstumu

.

?ia - , lygus m 3 /(kg s 2). Minuso ?enklas rei?kia, kad bandom?j? k?n? veikianti j?ga visada yra nukreipta spindulio vektoriumi nuo bandomojo k?no iki gravitacinio lauko ?altinio, t.y. gravitacin? s?veika visada lemia k?n? trauk?.

Gravitacijos laukas yra potencialus. Tai rei?kia, kad galite ?vesti potenciali? k?n? poros gravitacinio traukos energij?, ir ?i energija nepasikeis judant k?nus u?dara kilpa. Gravitacinio lauko potencialumas apima kinetin?s ir potencialios energijos sumos i?saugojimo d?sn?, kuris, tiriant k?n? jud?jim? gravitaciniame lauke, da?nai gerokai supaprastina sprendim?.

Niutono mechanikos r?muose gravitacin? s?veika yra ilgo nuotolio. Tai rei?kia, kad kad ir kaip jud?t? masyvus k?nas, bet kuriame erdv?s ta?ke gravitacinis potencialas ir j?ga priklauso tik nuo k?no pad?ties tam tikru laiko momentu. Ta?iau apskaita Lorenco invarianti?kumas gravitacin? j?ga ir gravitacin?s ?takos sklidimo delsimas naudojant Li?nard ir Wiechert potencial? sprendim? lemia tai, kad judant su pastovus greitis Etalonin?se sistemose d?l gravitacin?s j?gos atsiranda papildomas j?gos komponentas. Situacija yra visi?kai lygiavert? situacijai su elektrine j?ga, kai steb?tojas jud?damas taip pat aptinka magnetin? lauk? ir magnetin? j?g?, proporcing? jo grei?iui. judesiai. D?l to b?tina atsi?velgti ? ribot? gravitacijos sklidimo greit?, lemiant? savyb? trumpas atstumas ir gravitacin?s s?veikos v?lavimai. XIX am?iaus pabaigoje ir XX am?iaus prad?ioje daugelio fizik? - O. Heaviside'o, A. Poincar?, G. Minkowskio, A. Sommerfeldo, H. Lorenzo ir kit? - pastangomis buvo pad?ti pamatai (LITG). ), apib?dinantis gravitacij? inercin?se atskaitos sistemose esant reliatyvistiniams grei?iams

D?l to Izaoko Niutono visuotin?s gravitacijos d?snis (1687 m.) buvo ?trauktas ? Lorenco invariantin? gravitacijos teorij?, kuri gana gerai numat?. bendras elgesys gravitacija. 1915 m. Albertas Ein?teinas suk?r? (GTR), kuris gravitacinio lauko rei?kinius apra?o pagal erdv?s ir laiko geometrij? ir atsi?velgdamas ? gravitacijos ?tak? erdv?s ir laiko matavim? rezultatams.

Dangaus mechanika ir kai kurios jos u?duotys

Vadinama mechanikos ?aka, tirianti k?n? jud?jim? tu??ioje erdv?je tik veikiant gravitacijai dangaus mechanika.

Papras?iausia dangaus mechanikos problema yra dviej? k?n? gravitacin? s?veika tu??ioje erdv?je. ?i problema i?spr?sta analiti?kai iki galo; jos sprendimo rezultatas da?nai formuluojamas in trij? forma Keplerio d?sniai.

Did?jant s?veikaujan?i? k?n? skai?iui, u?duotis tampa ?ymiai sud?tingesn?. Taigi jau i?gars?jusios trij? k?n? problemos (t. y. trij? k?n?, kuri? mas? skiriasi nuo nulio) jud?jimas, negali b?ti i?spr?sta analiti?kai bendra forma. Naudojant skaitin? sprendim?, sprendini? nestabilumas, palyginti su pradin?mis s?lygomis, atsiranda gana greitai. Parai?koje ? saul?s sistema d?l ?io nestabilumo ne?manoma numatyti planet? jud?jimo didesniais nei ?imto milijon? met? masteliais.

Kai kuriais ypatingais atvejais galima rasti apytiksl? sprendim?. Svarbiausias atvejis, kai vieno k?no mas? yra ?ymiai didesn? u? kit? k?n? mas? (pavyzd?iai: Saul?s sistema ir Saturno ?ied? dinamika).?iuo atveju, kaip pirm? aproksimacij?, galime daryti prielaid?, kad ?viesos k?nai nes?veikauja vienas su kitu ir juda Keplerio trajektorijomis aplink masyv? k?n?. ? j? s?veik? galima atsi?velgti taikant perturbacijos teorij? ir apskai?iuoti jos vidurk? laikui b?gant. Tokiu atveju gali atsirasti nereik?ming? rei?kini?, toki? kaip rezonansai, atraktoriai, chaosas ir kt. Geras pavyzdys tokie rei?kiniai – netriviali Saturno ?ied? sandara.

Nepaisant bandym? apib?dinti daugelio ma?daug vienodos mas?s traukian?i? k?n? sistemos ilgalaik? elges?, to negalima padaryti d?l dinaminio chaoso rei?kinio.

Stipr?s gravitaciniai laukai

Stipriuose gravitaciniuose laukuose arba judant reliatyvistiniu grei?iu pradeda ry?k?ti bendrosios reliatyvumo teorijos poveikis:

• gravitacijos d?snio nukrypimas nuo Niutono;
• potencial? v?lavimas, susij?s su baigtiniu gravitacini? trikd?i? sklidimo grei?iu; gravitacini? bang? atsiradimas;
• netiesi?kumo efektai: gravitacin?s bangos linkusios s?veikauti viena su kita, tod?l bang? superpozicijos stipriuose laukuose principas nebegalioja;
• matomos erdv?s ir laiko geometrijos pasikeitimas;
• singuliarybi? raida ir atsiradimas . Tiesa, tai ?manoma tik esant potencialiai be galo didelei traukos j?gai, kas ne?rodyta. I? tikr?j? aptinkami tik labai tank?s kosminiai objektai, tokie kaip neutronin?s ?vaig?d?s.

Gravitacin? spinduliuot?

Viena i? Bendrosios reliatyvumo teorijos prognozi? yra gravitacin? spinduliuot?, kurios buvimas tiesioginiais steb?jimais dar nepatvirtintas. Ta?iau yra netiesiogini? steb?jim? ?rodym?, patvirtinan?i? jo egzistavim?, b?tent: energijos nuostoliai dviguba sistema su pulsaru PSR B1913+16 (Hulse-Taylor pulsar) puikiai dera su modeliu, kuriame ?i? energij? nune?a gravitacin? spinduliuot?.

Pagal bendr?j? reliatyvumo teorij? gravitacin? spinduliuot? gali generuoti tik sistemos su kintamu kvadrupoliu arba didesniu daugiapoliu momentu. Gravitacijos galia i-lauko ?altinis yra proporcingas, jei daugiapolis yra elektrinio tipo, ir - jei daugiapolis yra magnetinio tipo, kur v yra b?dingas ?altini? jud?jimo greitis spinduliavimo sistemoje, ir c- ?viesos greitis. Taigi dominuojantis momentas yra elektrinio tipo kvadrupolio momentas, o atitinkamos spinduliuot?s galia lygi:

kur yra spinduliuojan?ios sistemos mas?s pasiskirstymo kvadrupolio momento tenzorius. Pastovus

W leid?ia ?vertinti spinduliuot?s galios dyd?.

Nuo 1969 met? buvo bandoma tiesiogiai aptikti gravitacin? spinduliuot? (Weber eksperimentai). JAV, Europoje ir Japonijoje ?iuo metu veikia keli ant?eminiai detektoriai (LIGO, VIRGO, TAMA, GEO 600), taip pat LISA (Laser Interferometer Space Antenna) kosmini? gravitacini? detektori? projektas. Ant?eminis detektorius Rusijoje kuriamas Tatarstano Respublikoje esan?iame Gravitacini? bang? tyrim? moksliniame centre „Dulkyn“.

Subtilus gravitacijos poveikis

Be klasikini? gravitacinio traukos ir laiko i?sipl?timo efekt?, bendroji teorija Reliatyvumas numato kit? gravitacijos aprai?k? egzistavim?, kurios ant?emin?mis s?lygomis yra labai silpnos, tod?l jas aptikti ir eksperimenti?kai patikrinti yra labai sunku. Dar visai neseniai ?i? sunkum? ?veikimas atrod? vir?ijantis eksperimentuotoj? galimybes.

Tarp j? ypa? galima pavadinti inercini? atskaitos kadr? tempim? (arba objektyvo-Thirring efekt?) ir. 2005 metais NASA robotizuotas Gravity Probe B eksperimentas i?matavo ?iuos efektus netoli ?em?s, ta?iau 2007 metais pateikti rezultatai buvo prie?taringi d?l dideli? matavimo klaid?.

Kvantin? gravitacijos teorija

Nepaisant pus? am?iaus trukusios bandym? istorijos, gravitacija yra vienintel? esmin? s?veika, kuriai dar nesukurta nuosekli strukt?ra. renormalizuojamas kvantin? teorija. At ma?os energijos, remiantis kvantinio lauko teorijos dvasia, gravitacin? s?veika gali b?ti pavaizduota kaip graviton? mainai – matuoklio bozonai su 2 (remiantis bendrosios reliatyvumo teorijos samprata) arba su sukimu 1 Lorenco invariantinei gravitacijos teorijai (LITG).

Problema ta, kad esant didel?ms energijoms bendrosios reliatyvumo teorijos apra?ymas nustoja veikti. Tod?l ?iuo metu kvantin? gravitacija yra intensyvi? teorini? tyrim? objektas.

?iuolaikin?s gravitacijos teorijos

Kadangi dar neatskleista ne vieno pamatinio lauko vidin? strukt?ra, nei?matuoti lauko ne??j? parametrai, atsiranda galimyb? apra?ymai gravitacinis laukas pagal kelias konkuruojan?ias teorijas. Visos ?ios teorijos duoda pana?ius rezultatus pagal aproksimacij?, kurioje ?iuo metu atliekami eksperimentiniai bandymai (?r. straipsn?). Toliau pateikiamos kelios pagrindin?s, labiausiai i?vystytos arba ?inomos gravitacijos teorijos.

Bendroji reliatyvumo teorija

Tarptautin?je SI vienet? sistemoje LITG gravitacinio lauko lygtys yra tokios formos:

,

Torsioninis laukas yra elektromagnetizmo magnetinio lauko komponento analogas. Gravitacin?s j?gos i?rai?ka yra tokia:

• m yra dalel?s, kuri? veikia j?ga, mas?,
• vm– daleli? greitis.

Sukimui u? besisukan?io k?no rib? formul? galima gauti i? auk??iau pateikt? lauko lyg?i?:

,

Kur L yra k?no sukimosi kampinis momentas.

D?l torsioninio lauko gravitaciniuose rei?kiniuose poveikis yra ?manomas.

Gravitacinio lauko () energijos tankiui ir energijos srauto tankio vektoriui paai?k?ja:

Kadangi LITG gravitacinis laukas yra vektorinis, turintis du komponentus (gravitacin? pagreit? ir sukim?), tada dipolio gravitacin? spinduliuot? i? pagreitint? masyvi? k?n? tampa leistina. Tokia spinduliuot? gali atsirasti, pavyzd?iui, pagreit?jusio k?no jud?jimo metu, veikiant negravitacinei j?gai. Ta?iau k?nuose sumin? dipolio gravitacin? spinduliuot? yra linkusi ? nul? d?l atskir? k?n? spinduliuot?s abipusio kompensavimo, o kvadrupolio spinduliuot? tampa dominuojan?ia, kaip ir bendrojoje reliatyvumo teorijoje.

Silpnuose laukuose erdv?-laikas apra?omas Minkovskio erdv?s vienetiniu metriniu tenzoriumi ir lauko lygtimis Lorenco invariantas. Esant dideliam daleli? grei?iui arba pakankamai stipriuose laukuose, b?tina atsi?velgti ? gravitacinio lauko ?tak? erdv?s ir laiko matavim? rezultatams. Pavyzd?iui, gravitacija gali nukreipti ?viesos spindulius nuo pradin?s krypties ir pakeisti j? greit?. Kad b?t? atsi?velgta ? tokius rei?kinius, i? LITG pereinama prie CTG, formul?se Minkovskio erdv?s metrin? tenzor? pakei?iant lenktos pseudo-Riemano erdv?s metriniu tenzoriumi. Tai leid?ia mums pateikti CTG lygtis kovariantinio tenzoriaus forma ir atsi?velgiant ? modifikuot? metrin? tenzori?. Gravitacinio lauko tenzorin?s lygtys savavali?kame atskaitos r?me per kovariantines i?vestines turi toki? form?:

,

kur yra gravitacin? lauk? generuojantis impulso tankio (mas?s srov?s tankio) 4 vektorius - antisimetri?kas, susidedantis i? komponento .

Naudodami tenzori? sudarome:

?io tenzoriaus d?ka LITG ir CTG automati?kai i?sprend?iama bendrosios reliatyvumo problema su gravitacinio lauko energijos-momento tankio tenzoriumi. ?is tenzorius dalyvauja sprend?iant visas problemas ie?kant metrikos. Kartu su ribin?mis s?lygomis (pavyzd?iui, masyvi? k?n? pavir?iuje) tai nustato s?lygas, b?tinas teisingai identifikuoti atskaitos r?mus, i?vengiant atitinkamos bendrosios reliatyvumo problemos.

CTG skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos savo jud?jimo lygtimis. Jei GTR yra naudojama ta pati jud?jimo lygtis ir dalel?ms, ir lauko kvantams (kaip lygiaverti?kumo principo pasekm?), tai CTG daleli? ir kvant? jud?jimo lygtys skiriasi ir yra i?pl?stas energijos-momento i?saugojimo taikymas. d?snis vektoriaus-tenzoriaus pavidalu.

Sprend?iant u?davinius KTG, b?tina i?spr?sti diferencialini? lyg?i? sistem? trij? tip?– gravitacinio lauko komponent? lygtys, metrin?s lygtys ir jud?jimo lygtys. ?iuo atveju masi?, kaip lauko ?altini?, jud?jimas kei?ia lauko vaizd?, o metrika kei?iasi ne tik d?l masi? konfig?racijos poky?i?, bet ir d?l gravitacini? lauk? stiprumo poky?i?. CTG med?iagos jud?jimo lygtis, prie?ingai nei bendroji reliatyvumo teorija, leid?ia apib?dinti reaktyv?j? jud?jim?, virstant? silpnas laukas? reliatyvistin? Me??erskio lygt?.

2. http://dulkyn.org.ru/ru/about.html.

3. Fedosin S.G. Gravitacinio lauko mas?, impulsas ir energija .Journal of Vectorial Relativity, Vol. 3, Nr. 3, 2008 m. rugs?jo m?n., p.30-35); straipsnis rus? kalba: .

4. Logunovas A.A., Mestviri?vilis M.A. Reliatyvistin?s gravitacijos teorijos pagrindai. – Maskvos valstybinio universiteto leidykla, 1986, p. 308.

Nepaisant to, kad gravitacija yra silpniausia s?veika tarp objekt? Visatoje, jos reik?m? fizikoje ir astronomijoje yra did?iul?, nes ji gali paveikti fizinius objektus bet kokiu atstumu erdv?je.

Jei domit?s astronomija, tikriausiai susim?st?te, kas yra tokia s?voka kaip gravitacija arba visuotin?s gravitacijos d?snis. Gravitacija yra universali pagrindin? s?veika tarp vis? Visatoje esan?i? objekt?.

Gravitacijos d?snio atradimas priskiriamas garsiam angl? fizikui Isaacui Newtonui. Tikriausiai daugelis ?inote istorij? apie garsiajam mokslininkui ant galvos u?kritusio obuolio. Ta?iau jei pa?velgsite ? istorij? giliau, pamatysite, kad apie gravitacijos buvim? dar gerokai prie? jo er? galvojo antikos filosofai ir mokslininkai, pavyzd?iui, Epik?ras. Ta?iau b?tent Niutonas pirmasis apra?? gravitacin? s?veik? tarp fizini? k?n? klasikin?s mechanikos r?muose. Jo teorij? suk?r? kitas garsus mokslininkas Albertas Ein?teinas, savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje tiksliau apib?din?s gravitacijos ?tak? erdv?je, taip pat jos vaidmen? erdv?s ir laiko kontinuume.

Niutono visuotin?s traukos d?snis teigia, kad gravitacin?s traukos j?ga tarp dviej? mas?s ta?k?, atskirt? atstumu, yra atvirk??iai proporcinga atstumo kvadratui ir tiesiogiai proporcinga abiem mas?ms. Gravitacijos j?ga yra ilgalaik?. Tai yra, nepaisant to, kaip juda mas?s k?nas, klasikin?je mechanikoje jo gravitacinis potencialas priklausys tik nuo ?io objekto pad?ties tam tikru laiko momentu. Kuo didesn? objekto mas?, tuo didesnis jo gravitacinis laukas – tuo galingesnis gravitacin? j?ga jis turi. Kosminiai objektai, tokie kaip galaktikos, ?vaig?d?s ir planetos, turi did?iausi? traukos j?g? ir atitinkamai gana stiprius gravitacinius laukus.

Gravitacijos laukai

?em?s gravitacinis laukas

Gravitacinis laukas yra atstumas, per kur? vyksta gravitacin? s?veika tarp Visatos objekt?. Kuo didesn? objekto mas?, tuo stipresnis jo gravitacinis laukas – tuo labiau pastebimas jo poveikis kitiems fiziniams k?nams tam tikroje erdv?je. Objekto gravitacinis laukas yra potencialus. Ankstesnio teiginio esm? yra ta, kad jei ?vesite potenciali? traukos energij? tarp dviej? k?n?, ji nepasikeis, judant pastar?j? u?dara kilpa. I? ?ia kyla dar vienas garsus potencialios ir kinetin?s energijos sumos i?saugojimo u?darame cikle d?snis.

Materialiame pasaulyje gravitacinis laukas turi didel? reik?m?. J? turi visi material?s Visatos objektai, turintys mas?. Gravitacinis laukas gali tur?ti ?takos ne tik med?iagai, bet ir energijai. B?tent d?l toki? dideli? kosmini? objekt?, kaip juodosios skyl?s, kvazarai ir supermasyvios ?vaig?d?s, gravitacini? lauk? ?takos susidaro Saul?s sistemos, galaktikos ir kiti astronominiai spie?iai, pasi?ymintys logine strukt?ra.

Naujausi moksliniai duomenys rodo, kad garsusis Visatos pl?timosi efektas pagr?stas ir gravitacin?s s?veikos d?sniais. Vis? pirma, Visatos pl?tim?si palengvina galingi gravitaciniai laukai, tiek ma?i, tiek did?iausi objektai.

Gravitacin? spinduliuot? dvejetain?je sistemoje

Gravitacin? spinduliuot? arba gravitacin? banga yra terminas, kur? fizikoje ir kosmologijoje pirm? kart? ?ved? garsus mokslininkas Albertas Ein?teinas. Gravitacin? spinduliuot? gravitacijos teorijoje sukuria materiali? objekt? jud?jimas kintamu pagrei?iu. Objekto pagrei?io metu nuo jo tarsi „nutr?ksta“ gravitacin? banga, kuri sukelia gravitacinio lauko svyravimus supan?ioje erdv?je. Tai vadinama gravitacin?s bangos efektu.

Nors gravitacines bangas numato bendra Ein?teino reliatyvumo teorija ir kitos gravitacijos teorijos, jos niekada nebuvo tiesiogiai aptiktos. Taip yra vis? pirma d?l j? ypatingo ma?umo. Ta?iau astronomijoje yra netiesiogini? ?rodym?, galin?i? patvirtinti ?? poveik?. Taigi, dvigub? ?vaig?d?i? konvergencijos pavyzdyje galima pasteb?ti gravitacin?s bangos poveik?. Steb?jimai patvirtina, kad dvigub? ?vaig?d?i? konvergencijos greitis tam tikru mastu priklauso nuo ?i? kosmini? objekt? energijos praradimo, kuris, kaip manoma, i?leid?iamas gravitacinei spinduliuotei. Netolimoje ateityje mokslininkai gal?s patikimai patvirtinti ?i? hipotez? naudodami naujos kartos Advanced LIGO ir VIRGO teleskopus.

?iuolaikin?je fizikoje yra dvi mechanikos s?vokos: klasikin? ir kvantin?. Kvantin? mechanika buvo sukurta palyginti neseniai ir i? esm?s skiriasi nuo klasikin?s mechanikos. IN Kvantin? mechanika objektai (kvantai) neturi apibr??t? pozicij? ir grei?i?, viskas ?ia pagr?sta tikimybe. Tai yra, objektas tam tikru laiko momentu gali u?imti tam tikr? viet? erdv?je. Kur jis persikels toliau, negalima patikimai nustatyti, bet tik su didele tikimybe.

?domus gravitacijos poveikis yra tas, kad ji gali sulenkti erdv?s ir laiko kontinuum?. Ein?teino teorija teigia, kad erdv?je aplink kr?v? energijos ar bet kokios materialios med?iagos erdv?laikis yra i?lenktas. Atitinkamai kei?iasi daleli?, kurios patenka ? ?ios med?iagos gravitacinio lauko ?tak?, trajektorija, o tai leid?ia numatyti j? jud?jimo trajektorij? su didele tikimybe.

Gravitacijos teorijos

?iandien mokslininkai ?ino daugiau nei tuzin? skirting? gravitacijos teorij?. Jos skirstomos ? klasikines ir alternatyvi?sias teorijas. ?ymiausias pirmosios atstovas yra klasikin? Izaoko Niutono gravitacijos teorija, kuri? 1666 m. i?rado garsus brit? fizikas. Jo esm? slypi tame, kad masyvus k?nas mechanikoje sukuria aplink save gravitacin? lauk?, kuris pritraukia ma?esnius objektus. Savo ruo?tu pastarieji taip pat turi gravitacin? lauk?, kaip ir bet kurie kiti material?s Visatos objektai.

Kit? populiari? gravitacijos teorij? XX am?iaus prad?ioje i?rado pasaulinio garso vokie?i? mokslininkas Albertas Ein?teinas. Ein?teinas sugeb?jo tiksliau apib?dinti gravitacij? kaip rei?kin?, taip pat paai?kinti jos veikim? ne tik klasikin?je mechanikoje, bet ir kvantiniame pasaulyje. Jo bendroji reliatyvumo teorija apib?dina j?gos, tokios kaip gravitacija, geb?jim? paveikti erdv?s ir laiko kontinuum?, taip pat jud?jimo trajektorij?. elementariosios dalel?s kosmose.

I? alternatyvi? gravitacijos teorij?, ko gero, did?iausio d?mesio nusipelno reliatyvistin? teorija, kuri? i?rado m?s? tautietis, garsus fizikas A.A. Logunovas. Skirtingai nei Ein?teinas, Logunovas teig?, kad gravitacija yra ne geometrinis, o tikras, gana stiprus fizinis j?gos laukas. Tarp alternatyvi? gravitacijos teorij? ?inomos ir skaliarin?s, bimetrin?s, kvazilinijin?s ir kitos.

1. Kosmose buvusiems ir ? ?em? sugr??usiems ?mon?ms i? prad?i? gana sunku priprasti prie m?s? planetos gravitacin?s ?takos stiprumo. Kartais tai trunka kelias savaites.
2. ?rodyta, kad nesvarumo b?senoje ?mogaus organizmas gali prarasti iki 1% kaul? ?iulp? mas?s per m?nes?.
3. I? Saul?s sistemos planet? Marsas turi ma?iausi? gravitacijos j?g?, o Jupiteris – did?iausi?.
4. ?inomos salmoneli? bakterijos, sukelian?ios ?arnyno ligas, nesvarumo b?senoje elgiasi aktyviau ir gali padaryti daug daugiau ?alos ?mogaus organizmui.
5. Tarp vis? ?inom? astronomini? objekt? Visatoje juodosios skyl?s turi did?iausi? gravitacijos j?g?. Golfo kamuoliuko dyd?io juodoji skyl? gali tur?ti toki? pa?i? gravitacijos j?g? kaip ir visa m?s? planeta.
6. Gravitacijos j?ga ?em?je n?ra vienoda visuose m?s? planetos kampeliuose. Pavyzd?iui, Kanados Hudsono ?lankos regione jis yra ma?esnis nei kituose pasaulio regionuose.

Gravitacija pasirod? kaip mokslas apie k?n? trauk?. Iki XX am?iaus pirmosios pus?s visa gravitacijos teorija buvo pagr?sta tik Niutono d?sniais. Kartais tai vadinama Niutono gravitacija. XX am?iaus prad?ioje buvo sukaupta nema?ai eksperimentini? ir teorini? fakt?, rodan?i? Niutono gravitacijos netikslum?.

Eksperimentiniai faktai apima, pavyzd?iui, Merkurijaus orbitos poslink?. Yra ?inoma, kad Merkurijaus orbita aplink saul? yra elips?, ar?iausiai saul?s esantis ta?kas vadinamas perhelijonu. ?i elips? nestovi vietoje, o l?tai sukasi, taip keisdama perihelio pad?t?. Kaip XX am?iaus prad?ioje buvo atrasti eksperimentai, perhelionas juda grei?iau, nei prognozuoja Niutono d?sniai.

Prie teorini? netikslum? galima priskirti tok? fakt?. Kaip ?inoma, gera inercin? atskaitos sistema yra laisvai krintantis liftas. Visi procesai visuose laisvai krintan?iuose liftuose yra vienodi. Ta?iau ?sivaizduokite du krentan?ius liftus. Vienas, pavyzd?iui, Afrikoje, o kitas – Afrikoje Piet? Amerika. Lifto galvut?s bus inercin?s atskaitos sistemos, ta?iau viena kitos at?vilgiu jos jud?s su pagrei?iu. ?is faktas prie?tarauja pirmajam Niutono d?sniui.

Be to, Niutono gravitacijos teorija remiasi gravitacijos samprata, kuri yra ilgalaik? j?ga: ji veikia akimirksniu bet kokiu atstumu. Toks momentinis veiksmo pob?dis nesuderinamas su speciali?ja reliatyvumo teorija. Pagal ?i? teorij? jokia informacija negali sklisti greitesnis greitis?viesa vakuume.

1920-aisiais Ein?teinas pasi?l? visi?kai nauj? gravitacijos teorij?. ?ios teorijos r?muose postuluojama, kad gravitacinius efektus sukelia ne erdv?laikyje esan?i? k?n? ir lauk? j?g? s?veika, o paties erdv?laikio deformacija, kuris vis? pirma susij?s su mas?s energijos buvimu.

Padarykime nedidel? nukrypim?. Pagal Einsheino teorij? mas? ir energija rei?kia t? pat? k?no parametr?. Mas?s ir energijos santykis pateikiamas paprasta formule E = m c^2. Kaip ?inoma i? SRT (?ia yra nuoroda), k?no mas? did?ja, jei jam perduodama kinetin? energija. Poveikis tampa pastebimas, jei k?no greitis art?ja prie ?viesos grei?io. Pana?us poveikis pasireik?, pavyzd?iui, kai k?nas ?kaista. Ta?iau d?l didelio parametro c = 300 000 km/s tok? efekt? pasteb?ti gana sunku. Tolesniame apra?yme stengsim?s vengti pana?i? matematini? formuluo?i?.

Taigi gravitacin?s s?veikos tarp k?n? apra?ymas gali b?ti suma?intas iki erdv?s-laiko, kurioje k?nai juda, apra?ymu. Nat?ralu manyti, kad k?nai juda pagal inercij?, tai yra taip, kad j? pagreitis j? pa?i? atskaitos sistemoje yra lygus nuliui. Tuomet k?n? trajektorijos bus vadinamosios geodezin?s linijos. Tikslus geodezin?s linijos apibr??imas yra gana sud?tingas. Tarkime, kad plok??ioje erdv?je geodezin? linija yra tik tiesi linija. Pavyzd?iui, geodezin? linija, skirta ?emei Saul?s sistemoje, yra elips? - tai yra ?em?s orbita.

Pabandykime ai?kiai apib?dinti dviej? masyvi? k?n? s?veikos mechanizm?. Lengviausia tai padaryti dvima?iu atveju (o ne 4 dimensijos atveju, kaip i? tikr?j?). Sunkius kamuoliukus pavaizduosime kaip masyvius k?nus, o mink?t? gumin? kilim?l? kaip erdv?, kuri sulinksta, jei ? j? dedami masyv?s k?nai. Priminsime, kad tai tik Ein?teino gravitacijos vizualinio vaizdavimo modelis. Pad?kite kamuol? ant kilim?lio po ?io kamuoliuko svoriu, kilim?lis ?iek tiek pasilenks. Gauta skyl? yra i?lenktos erdv?s modelis. Jei ?alia pad?site antr? rutul?, atrodys, kad jis prad?s traukti pirm?j?, nes pirmasis yra tarsi duob?je.

Pana?? efekt? galima pasteb?ti tiesiogiai, jei du rutuliai paleid?iami lygiagre?iai vienas kitam i?ilgai gumin?s membranos, ant kurios centre yra masyvus objektas. Kamuoliukai i?sisklaidys: tas, kuris buvo ar?iau objekto, stumian?io membran?, bus labiau link?s ? centr? nei toliau esantis rutulys. ?is neatitikimas atsiranda d?l membranos kreivumo.

Ein?teino teorija neatsako, kod?l masyv?s k?nai i?lenkia erdv?. Taip pat kod?l k?nai juda pagal geodezines linijas. Visa tai yra tik prielaida, ir, kaip sako pati teorija, visa tai yra pa?ios erdv?s, kurioje gyvename, savyb?s. Ta?iau Ein?teino gravitacijos teorijos lygtys iki ?iol pateikia tiksliausi? objekt? jud?jimo visatoje vaizd?.

Naudinga pateikti Ein?teino gravitacijos lygt?.

De?in?je ?ioje lygtyje yra vadinamasis energijos impulso tenzorius. B?tent jis apib?dina med?iagos mas? ir energij? tam tikrame erdv?s ta?ke. Kair?je yra du terminai, pirmasis yra Ein?teino tenzorius – dydis, apib?dinantis erdv?s kreivum?. Taigi ?i lygtis suteikia ry?? tarp k?n? mas?s erdv?je ir ?ios erdv?s kreivumo.

Kair?je lygties pus?je yra kitas terminas - tai vadinamasis lambda terminas. B?tent ?is narys sukelia did?iausi? gin?? tarp mokslinink?. Istoriniai faktai jie sako, kad ?? termin? Ein?teinas ? lygt? ?trauk? paskutin? akimirk? – kai jau buvo atlikti visi skai?iavimai, o prie?astys, kod?l ?? termin? reik?t? ?traukti ? lygt?, visi?kai ne?inomos. Faktas yra tas, kad ?is narys yra atsakingas u? pa?ios erdv?s nuosavyb?. B?tent tod?l, kad erdv?, nepaisant joje esan?i? k?n?, spar?iai pl?sis. Pagreitis, su kuriuo erdv? ple?iasi, yra labai ma?as, o eksperimenti?kai j? i?matuoti itin sunku.

Profesorius Erikas Verlinde i? Amsterdamo universiteto suk?r? nauj? gravitacijos hipotez?. Neseniai mokslininkas savo i?vadas paskelb? keliuose moksliniuose leidiniuose. Pagrindin? hipotez?s dal? jis pasi?l? dar 2010 m. Jo pagrindin? ?inia yra ta, kad gravitacija n?ra pagrindin? gamtos j?ga, tai yra atsitiktinis rei?kinys.

Pasak Verlinde, gravitacija atsiranda d?l pagrindini? informacijos bit?, saugom? pa?ioje erdv?s ir laiko strukt?roje, poky?i?. Jis teigia, kad gravitacija paai?kinama tam tikru entropijos tankio skirtumu erdv?je tarp dviej? k?n? ir supan?ioje erdv?je. Taigi jis ai?kina dviej? makroskopini? k?n? trauk? bendrosios entropijos padid?jimu suma??jus atstumui tarp k?n?. Kitaip tariant, sistema tiesiog pereina ? labiau tik?tin? makrob?sen?.

Savo 2010 m. darbe mokslininkas parod?, kaip antrasis Niutono d?snis, galintis paai?kinti obuoli? kritim? nuo med?io arba stabili? dirbtinio ?em?s palydovo orbit?, gali b?ti ypatinga ?i? elementari? materijos blok? s?veikos aprai?ka. „Niutono d?sniai neveikia mikro lygmeniu, bet veikia obuoli? ir planet? lygmeniu. Tai galite palyginti su duj? sl?giu. Pa?ios duj? molekul?s nesukuria jokio sl?gio, bet tam tikras duj? t?ris“, – 2010 m. Pasak Verlinde, ?vaig?d?i? elgesys galaktikose, kuris, daugelio mokslinink? nuomone, neatitinka visuotinai priimt? id?j? apie erdv?s laik?, gali b?ti paai?kintas ne?vedant papildomo veiksnio, pavyzd?iui, tamsiosios materijos.

Tamsioji materija astronomijoje ir kosmologijoje, taip pat teorin?je fizikoje yra hipotetin? materijos forma, kuri nespinduliuoja elektromagnetin? radiacija ir tiesiogiai su juo nes?veikauja. ?i ?ios materijos formos savyb? neleid?ia jos tiesiogiai steb?ti. I?vada apie tamsiosios materijos egzistavim? buvo padaryta remiantis daugybe, tarpusavyje suderint?, bet netiesiogini? astrofizini? objekt? elgesio ir j? sukuriam? gravitacini? efekt? po?ymi?. Tamsiosios materijos prigimties i?siai?kinimas pad?s i?spr?sti pasl?ptos mas?s problem?, kuri vis? pirma slypi anomaliai dideliame i?orini? galaktik? region? sukimosi greityje.

Faktas yra tas, kad galaktik? i?orin?s sritys aplink savo centr? sukasi daug grei?iau, nei tur?t?. Mokslininkai jau seniai apskai?iavo galaktik? sukimosi greit?, jei ?vaig?d?s, planetos, ?kai, tai yra matoma materija, yra visa visatoje egzistuojanti med?iaga. Ties? sakant, ka?kas labai stiprina gravitacij?, tod?l i?orin?s galaktikos sritys sukasi grei?iau nei tur?t?. Nor?dami pa?ym?ti ?? „ka?k?“, mokslininkai pasi?l? nematomos materijos egzistavimo galimyb?, kuri vis d?lto daro didel? ?tak? visiems matomoje Visatos dalyje esantiems objektams. Be to, remiantis skai?iavimais, tamsiosios med?iagos tur?t? b?ti kelis kartus daugiau nei ?prastos med?iagos. Tiksliau, manoma, kad 80% materijos m?s? matomoje Visatos dalyje yra tamsioji med?iaga.

Pirmieji tikslius ir patikimus skai?iavimus, rodan?ius tamsiosios med?iagos egzistavim?, atliko astronomai Vera Rubin i? Carnegie instituto ir Kentas Fordas. Matavimo rezultatai parod?, kad dauguma ?vaig?d?i? yra spiralin?s galaktikos jud?ti orbitomis su ma?daug tuo pa?iu kampinis greitis, tod?l susidaro mintis, kad mas?s tankis galaktikose yra vienodas tuose regionuose, kuriuose yra daugiausia ?vaig?d?i?, ir tuose regionuose (disko kra?te), kur yra ma?ai ?vaig?d?i?.

Nepaisant to, kad tamsiosios med?iagos egzistavim? pripa??sta dauguma mokslinink?, tiesiogini? jos egzistavimo ?rodym? n?ra. Visi ?ie ?rodymai yra netiesioginiai.

Pasak Eriko Verlind?s, visk? galima paai?kinti ir nepridedant modernus modelis paslaptingos materijos, kurios ne?manoma aptikti, visatos egzistavimas. Verlinde sako, kad jo hipotez? buvo patikrinta ir tiksliai prognozuoja ?vaig?d?i? sukimosi aplink m?s? galaktikos centr? greit?, taip pat kit? galaktik? i?orini? sri?i? sukimosi aplink bendr? centr? greit?.

„Nauja gravitacijos teorijos vizija atitinka mokslinink? pasteb?jimus. „Apskritai, gravitacija tiesiog nesielgia taip gerai dideliais mastais, kaip prognozuoja Ein?teino teorija“, – sak? Verlinde.

I? pirmo ?vilgsnio pagrindiniai Verlinde hipotez?s principai yra pana??s ? kit? hipotezi?, ?skaitant MOND (modifikuota Niutono dinamika), principus. Ta?iau i? tikr?j? taip n?ra: MOND papras?iausiai modifikuoja visuotinai priimt? teorij?, naudodamasi jos principais ir nuostatomis. Ta?iau oland? hipotez? veikia su naujais principais, i?eities ta?kas yra kitoks.

Hipotez? rado viet? holografiniam principui, kur? suformulavo mokytojas Verlinde'as Gerard't Hooftas (1999 m. gavo Nobelio premij?) ir mokslininkas Leonardas Susskindas (Stanfordo universitetas). Pagal ?? princip? galima apra?yti vis? Visatoje esan?i? informacij? kaip mil?ini?ka ?sivaizduojama sfera aplink j?. Teorija ties tiriamos erdv?s ribomis tur?t? tur?ti ne daugiau kaip vien? laisv?s laipsn? kiekvienam Plancko plotui m?s? visata n?ra tik projekcija, ji yra gana reali.

Ir ?i papildoma informacija yra b?tent greitesnio galaktik? i?orini? sri?i? sukimosi, palyginti su apskai?iuotomis vert?mis, prie?astis. Tikra informacija m?s? Visatoje gali paai?kinti dar vien? papildom? veiksn? – tamsi?j? energij?, kuri dabar paprastai manoma Pagrindin? prie?astis nenutr?kstamas Visatos pl?timasis. Be to, kaip 1998 metais parod? Nobelio premijos laureatai Saulius Perlmutteris, Saulius Perlmutteris, Brianas Schmidtas ir Adamas Riessas, Visatos pl?timosi greitis n?ra pastovus, kaip manyta anks?iau, ?is greitis nuolat did?ja. Visuotinai priimta teorija teigia, kad tamsioji energija sudaro apie 70% Visatos turinio, o mokslininkai bando rasti jos p?dsak? mikrobang? fonin?je spinduliuot?je.

Profesorius tvirtina, kad dabar daugelis fizik? stengiasi per?i?r?ti gravitacijos teorij?, o tam tikra pa?anga ?ioje srityje jau padaryta. Anot olando, mokslas yra ant revoliucijos slenks?io, galin?ios pakeisti ?moni? id?jas apie erdv?s, laiko ir gravitacijos prigimt?.

Tuo pa?iu metu daugelis fizik? ir toliau tiki, kad tamsioji energija ir materija yra tikros. Taigi Sesandri Nadathur i? Portsmuto universiteto (JK) paskelb? savo darb? pra?jus? m?nes?

Tai, k? mes vadiname progresu, yra
yra vienos b?dos pakeitimas kita.
Henris Havelockas Elisas

Gravitacijos teorijos alternatyva bendrajam reliatyvumui

Niekas nedaro m?s? gyvenimo tokiu
malonu, kaip ir nei?vengiama
alternatyva.
Liaudies i?mintis

Viskas teka, viskas kei?iasi. Buvo laikas, kai atrod?, kad nereikia nor?ti geresn?s gravitacijos teorijos nei Niutono. Visoje knygoje apra??me, kaip ?ingsnis po ?ingsnio bendroji reliatyvumo teorija „u??m? viet? saul?je“. Iki jos 100-ojo gimtadienio liko vos keli metai. Koks jo statusas dabar? Be jokios abejon?s, GTR yra populiariausia gravitacijos teorija, vis? pirma astrofizikoje ir kosmologijoje, ir mes band?me tai parodyti. ?vaig?d?i? sandaros ir evoliucijos teorija, ypa? paskutin?se stadijose; poveikis kompakti?k? ir itin tanki? objekt? pavir?iui; Kosmologiniai modeliai skirting? epoch? evoliucijos ir daug daugiau negali b?ti patenkinamai apskai?iuotos nenaudojant bendrojo reliatyvumo. Remiantis Bendrosios reliatyvumo teorijos prognozuojamu poveikiu, kuriamos i?tisos tyrim? sritys – gravitacini? bang? paie?ka, gravitacini? l??i? tyrimai ir kt. B?dama teorin?s fizikos dalis, bendroji reliatyvumo teorija taip pat naudojama daugelyje fundamentini? tyrim?.

Ties? sakant, i? karto po patvirtinimo klasikiniais testais, bendrasis reliatyvumas ?gijo precedento neturint? populiarum?. Bet, ?inoma, i?matavus ?viesos spindulio nuo tolimos ?vaig?d?s nukreipim? Saul?s gravitaciniame lauke, Saul?s sistemos planet? perihelio poslink?, taip pat raudon?j? gravitacin? poslink? ?em?s lauke, reikalas nesibaig? ir negal?jo baigtis. Nuo pat jo u?baigimo 1915 m. pagrindiniai principai ir lygtys buvo nuolat tikrinami ir vis labiau tikrinami. Ta?iau nebuvo gauta rezultat?, kurie prie?taraut? bendrajam reliatyvumui. Be to, jis jau seniai naudojamas praktiniais tikslais, pavyzd?iui, skai?iuojant palydov?, planet? orbitas ir tarpplanetini? transporto priemoni? trajektorijas.

Galime sakyti, kad bendrosios reliatyvumo teorijos efektai jau naudojami kasdieniame gyvenime: siekiant padidinti navigacijos ir sekimo sistem?, toki? kaip GPS, tikslum?. 20 000 km auk?tyje nuolat skrieja 24–27 palydovai. Siekiant pagerinti tikslum?, naudojami signalai i? keli? palydov?, kei?iantis signalais su ?renginiais ?em?je. Tam reikia grie?tai sinchronizuoti vis? ?rengini? laikrod?ius. Pasirodo, atomini? laikrod?i? tikslumo neu?tenka. B?tina atsi?velgti ? laikrod?io sul?t?jim?, kuris, remiantis bendruoju reliatyvumu, vyksta ?em?s gravitaciniame lauke. Kitaip tariant, tos pa?ios valandos?em?je jie skrieja l??iau nei orbitoje. 20 000 km auk?tyje ?is skirtumas yra 38 ms per dien? ir sukels klaid? nustatant atstum? iki 10 m Norint kompensuoti ?? efekt?, orbitoje „pagal pas?“ koreguojamas labiau. l?tai. Jei jie bus nuleisti i? orbitos ir pastatyti ?alia esan?i? ?em?je, jie v?luos 38 mikrosekund?mis per dien?.

Iki ?iol m?s? pristatymas i? tikr?j? demonstravo GTR s?km?, ir gali atrodyti, kad d?l ?io ro?inio paveikslo, i?skyrus GTR, nebuvo svarstomos kitos teorijos, nebuvo pasi?lyta nieko daugiau arba viskas, kas „neein?teini?ka“, buvo visi?kai nu?luota ? ?al?. . Visai ne. Gravitacijos teorij? k?rimo veikla buvo ir i?lieka labai energinga. Teorij? k?rimas ir aktyvus bei visapusi?kas j? tikrinimas vyko koja kojon XX am?i? ir v?liau.

Daugum? test? galima suskirstyti ? specialias klases, kurias 2001 m. pasi?l? amerikie?i? reliatyvistas Cliffordas Willas:

Papras?iausios prie?astys.
Ein?teino lygiaverti?kumo principas.
Parametrizuotas postniutono formalizmas.

Toliau kalb?sime apie atitikim? paskutin?ms dviem klas?ms, bet dabar aptarkime, kas yra „papras?iausios prie?astys“?

A?tuntojo de?imtme?io prad?ioje mokslinink? grup? i? Kalifornijos technologijos instituto, vadovaujama LIGO projekto ideologo profesoriaus Kipo Thorne'o, taip pat Cliffordo Willo ir Taivano fiziko Wei-Tou Ni, sudar? XX am?iaus gravitacijos teorij? s?ra??. D?l kiekvienos teorijos jie klaus? ?iuos klausimus apie papras?iausi? pamat? problem?:

Ar teorija nuosekli?
ar jis pilnas?
ar jis atitinka visus iki ?iol atliktus eksperimentus, nevir?ijant keli? standartini? nuokrypi??

Kriterijus „atitikimas su visais iki ?iol atliktais eksperimentais“ da?nai buvo pakeistas kriterijumi „atitikimas daugeliui Niutono mechanikos pasekmi? ir specialioji teorija reliatyvumas“.

Sav?s nuoseklumas nemetrin?s teorijos apima reikalavimus, pavyzd?iui, jo tirpaluose n?ra tachion?, hipotetini? daleli?, judan?i? didesniu nei ?viesos grei?iu; problem? nebuvimas lauk? elgsenoje begalyb?je ir kt.

Kad gravitacijos teorija b?t? pilnas, jis turi sugeb?ti apib?dinti bet kurio ?manomo eksperimento rezultatus, jis turi atitikti kitas fizines teorijas, patvirtintas eksperimentu. Pavyzd?iui, bet kuri teorija, kuri i? pirm?j? princip? negali numatyti planet? jud?jimo ar atomini? laikrod?i? elgesio, yra nei?sami.

Nei?samios ir nenuoseklios teorijos pavyzdys yra Niutono gravitacijos teorija kartu su Maksvelo lygtimis. Pagal toki? teorij? ?viesa (kaip fotonai) yra nukreipiama gravitacinio lauko (nors ir dvigubai silpnesn? nei bendrojoje reliatyvumo teorijoje), o ?viesa (kaip elektromagnetines bangas) – Ne.

Jei teorija neatitiko ?i? kriterij?, vis d?lto jie neskub?jo jos atmesti. Jei teorijos pagrindai buvo nei?sami, grup? band? j? u?baigti ma?ais pakeitimais, paprastai suma?indama teorij?, nesant gravitacijos, iki specialiosios reliatyvumo teorijos. Tik po to buvo padaryta i?vada, ar verta j? toliau svarstyti. A?tuntajame de?imtmetyje buvo kelios de?imtys teorij?, kurios nusipelno d?mesio. Sunku pasakyti, bet per pastaruosius du ar tris de?imtme?ius j? skai?ius gal?jo siekti ?imt? ar daugiau. Viskas priklauso nuo atsakymo ? klausim?, kas laikoma viena teorija, o kas – teorij? klase. Tod?l atranka pagal ?vairius kriterijus vykdoma dabar, ir su dar didesne aistra. Tai nepaprastai svarbu, nes yra prielaid?, kad per ateinan?ius de?imtme?ius arba ma?omis, arba didel?mis, arba tuo pa?iu metu bendroji reliatyvumo teorija bus pakeista.

Bendrojo reliatyvumo patikrinimas planet? sistem? mastu

Dabar prisiminkime, kad GTR kaip metrin?s teorijos pagrindas yra lygiaverti?kumo principas ir jud?jimo i?ilgai geodezijos postulatas. Yra ?inoma, kad ?iuos principus, jei jie nustatyti absoliu?iai tiksliai, tenkina tik „grynai“ metrin?s teorijos (su nedidel?mis i?lygomis), t. y. teorijos, kuriose vaizduojamas gravitacinis laukas. tik metrinis tenzorius. Pasirodo, bendrasis reliatyvumas yra tik papras?iausias metrin?s teorijos versija. Jokiu b?du nepa?eid?iant ?i? pagrind?, galima ?sivaizduoti nesuskai?iuojam? daugyb? (be perd?to) metrini? teorij?. Kaip tada galima pakeisti teorij?? K? ?iuo atveju reikia suvokti? ?inoma, tik eksperimentas ir steb?jimas gali pad?ti visk? ? savo vietas. Ta?iau alternatyvi? pasi?lym? klasifikavimui reikia savo strategijos.

Dirbu ties standartinis formalizmas Arthuras Eddingtonas (1882–1944) alternatyvius gravitacijos modelius prad?jo bandyti dar 1922 m. ?io formalizmo tobulinimas vienaip ar kitaip t?s?si de?imtme?ius, o amerikie?i? fizikai Clifford Will ir Kenneth Nordvedt baig? darb? 1972 m. Jie pasi?l? vadinam?j? parametrin? post-niutono (PPN) formalizm?. Jis skirtas teorijoms arba grynai metrin?ms, arba su efektyvia metrika, vaizduojan?ia i?lenkt? erdv?laik?, kur vyksta fizin? s?veika. Atsi?velgiama tik ? nukrypimus nuo Niutono mechanikos, tod?l formalizmas taikomas tik silpnose srityse. Apskritai yra 10 PPN parametr?. Bendrosios reliatyvumo teorijos atveju 2 i? j? yra lyg?s vienetui, o lik? 8 yra lyg?s nuliui.

Kuo PPN formalizmas naudingas tikrinant bendr?j? reliatyvum?? Naujos technologijos leid?ia gana tiksliai sekti dangaus k?n? judesius, o ?iuolaikinis standartinis testas veikia taip. Naudojant bendr?sias reliatyvumo lygtis tiksliai PPN formoje apskai?iuojamos Saul?s sistemos k?n? trajektorijos. ?is tipas pasirodo pats konstruktyviausias. Tada jie lyginami su steb?jimo duomenimis. Dabartinis rezultatas yra tas, kad susira?in?jimas teorinis Bendrosios reliatyvumo teorijos PPN parametrai stebimas patvirtinta nuo de?imt?j? iki ?imt?j? procent? tikslumu – tai labai didelis tikslumas.

Kiti tiksl?s bandymai yra dvigub? pulsar? steb?jimai: sistemos, susidedan?ios i? dviej? neutronini? ?vaig?d?i?, kuri? dabar ?inoma apie keliolika. Be to, yra sistemos, susidedan?ios i? radijo pulsaro ir baltojo nyk?tuko, jos taip pat tinkamos bandymams. Remiantis ?iais steb?jimais, apskai?iuojami orbitos parametrai. Pasirodo, nukrypimai nuo Keplerio ver?i? sutampa su bendrosios reliatyvumo teorijos numatytais nuokrypiais, taip pat de?imt?j? ir ?imt?j? procent? tikslumu. Ekspertai labai optimisti?kai vertina perspektyvas padidinti tikslum? tiriant dvigubus pulsarus. Jis pagr?stas tuo, kad neutronini? ?vaig?d?i? sistemose, kuri? orbitos dydis siekia milijonus kilometr?, j? matmenys yra de?imtys kilometr?. Tokiose sistemose ?vaig?d?s i? tikr?j? yra ta?kiniai objektai. J? vidin? strukt?ra, vidiniai judesiai ir deformacijos prakti?kai neturi ?takos trajektorijoms. Prie?ingai, Saul?s sistemoje visi ?ie veiksniai, taip pat daugyb?s „kaimyn?“ ?taka labai riboja tikslumo ger?jim?. Apibendrinant galima teigti, kad planet? sistem? mastu bendrasis reliatyvumas buvo patvirtintas labai tiksliai ir matavim? tikslumas padid?s.

GTO modifikavimo poreikis

Pirmiausia turime pakeisti savo gyvenim?,
perdar?, galite giedoti.
Vladimiras Majakovskis

Ta?iau alternatyvi? bendrojo reliatyvumo teorij?, da?niausiai metrini?, k?rimo tyrimai nesiliauja. Kod?l? Bendrasis reliatyvumas yra gerai patvirtintas, kaip k? tik sakiau, Saul?s sistemos mastu. I?bandykite teorij? b O Didesniu ar ma?esniu mastu tai daug sunkiau. Bendroji reliatyvumo teorija, kaip ir bet kuri kita teorija, yra tik tikr? rei?kini? apra?ymo modelis. ?tai kod?l tikroji gamta gali sutapti su bendrosios reliatyvumo teorijos prognoz?mis planet? sistem? masteliu, ta?iau skiriasi kitose skal?se.

Tuo pa?iu metu daugelis ?iuolaikini? teorini? ir empirini? duomen? rodo, kad taip ir turi b?ti, o modifikacijos b?tinos. Pavyzd?iui, daugelyje bendrosios reliatyvumo teorijos sprendim? reikia atsi?velgti ? stiprius gravitacinius laukus, did?iulius tankius ir tt O tam reikia gravitacinio lauko kvantavimo. Nepaisant dideli? pastang?, lemiamos s?km?s ?ioje srityje nepavyko pasiekti. Tai rodo, kad ma?ose skal?se, kur reikalingas kvantavimas, gravitacin? teorija turi b?ti modifikuota. Kita vertus, daugelis pirmaujan?i? ekspert? yra link? interpretuoti neseniai atrast? pagreitint? Visatos pl?tim?si kaip geometrin? efekt?, kur? galima „gauti“ modifikuojant bendr?j? reliatyvum? kosmologin?mis skal?mis. Nepaisant to, fundamentini? s?veik? fizikos tyrim? rezultatai lemia poreik? keisti bendr?j? reliatyvum? dideliais ir ma?ais masteliais.

Kalbant apie perspektyvias teorijas, n?ra nustatyto terminologinio skirtumo tarp alternatyvi?, modifikuot? ar nauj? teorij?. Visi jie vienaip ar kitaip vysto bendr?j? reliatyvum?, nes jie turi veikti ne blogiau tose skal?se, kuriose tai patvirtinama. Kurdami bendrojo reliatyvumo teorijas ar naujas teorijas, autoriai lygina jas su bendruoju reliatyvumu atitinkamuose re?imuose taip pat, kaip bendrasis reliatyvumas lyginamas su Niutono gravitacija. Jei norite, tas pats atitikimo principas turi b?ti patenkintas, bet jau naujame pa?inimo etape.

?iuo metu daugelyje gravitacijos teorijos konferencij? i?tisos sekcijos yra skirtos apibendrintoms (arba alternatyvioms) teorijoms, ?ia tema leid?iami atskiri rinkiniai, o kai kurios teorijos tampa vis savaranki?kesn?s. Kokios yra pagrindin?s populiariausios ir perspektyviausios ?i? poky?i? kryptys?

Pirma, GTR yra grynai metrin? (arba grynai tensorin?) teorija. Tai rei?kia, kad erdv?laikio ir materijos geometrija daro ?tak? viena kitai be tarpinink?. Toki? teorij? galima sukurti be galo daug (kaip jau aptar?me), ir jos aktyviai kuriamos. Paprastai ?i? teorij? lygtys skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos lyg?i? tuo, kad jos yra papildytos kvadratiniais ir auk?tesn?s eil?s kreivumo nariais. Papildomi terminai paprastai ?vedami su ma?ais koeficientais, kurie sutinka su steb?jimais, tarkime, planet? sistem? mastu, ta?iau ?ymiai pakei?ia sprendimus kosmologiniais masteliais.

Kita alternatyvi?j? teorij? klas? pasi?ymi tuo, kad geometrijos ir materijos ?taka viena kitai vykdoma per papildom? lauk?, da?niausiai skaliarin? arba vektorin? lauk?. Ta?iau ?i? sri?i? ind?lis gali b?ti nereik?mingas. ?iuolaikini? alternatyvi? teorij? nukrypimas nuo bendrosios reliatyvumo teorijos tur?t? b?ti i?reik?tas atitinkam? PPN parametr? skirtumu. Norint ?vertinti teorijos, kuri skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos, pagr?stum? (j? patikrinti), b?tina u?registruoti nukrypimus nuo PPN parametr? ver?i? bendrojoje reliatyvumo teorijoje 10 –6 –10 –8 lygyje. Tai rei?kia, kad matavim? tikslumas tiek Saul?s sistemoje, tiek dvejetainiuose pulsaruose turi b?ti pagerintas 1–3 eil?mis.

Horzavos gravitacijos teorija

?i teorija yra vienas i? vektoriaus-tenzoriaus gravitacijos teorij? variant? ir ?iuo metu bene populiariausias. ?tai kod?l mes kalbame apie j?. ?i? teorij? 2009 metais pasi?l? ?ek? kilm?s amerikie?i? stygini? teoretikas Petras Hor?ava. Tai ?iek tiek skiriasi nuo ?prast? vektoriaus-tenzoriaus teorij?, nes vietoj vektorinio lauko naudojamas skaliarinis gradientas. Viena vertus, i?saugomos vektorini? teorij? savyb?s, kita vertus, yra ir specifini? nauding? savybi?.

Dar kart? prisiminkime, kad nuoseklus kvantin? teorija Nebuvo ?manoma sukurti gravitacijos, kurioje neb?t? skirtum? remiantis bendruoju reliatyvumu. Tod?l si?lomos ?vairios modifikacijos, kurios kvantin?se skal?se gerokai skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos ir tampa „tinkamos“ kvantuoti. Tam juos konstruojant pasikei?ia kai kurie bendrosios reliatyvumo teorijos principai, t.y. pasirodo, kad jie pa?eid?iami. ?inoma, ?is pa?eidimas turi b?ti toks ma?as, kad neprie?taraut? laboratoriniams tyrimams ir kad teorijos poveikis planet? sistem? mastu, kur gerai sutampa su steb?jimais, nesikeist?. B?tent tokia yra Hor?avos teorija. Mes nekalb?sime apie tai, koks jis nuostabus kvantavimo prasme, tai yra ?iek tiek nuo?alyje nuo knygos temos, bet kalb?sime apie jos, kaip gravitacin?s teorijos, savybes – kuo ir kuo jos skiriasi nuo pana?i? Bendrosios reliatyvumo teorijos savybi?.

Lorenco invarianti?kumas. Jau aptar?me fakt?, kad bendroji reliatyvumo teorija tarsi „i?augo“ i? specialiosios reliatyvumo teorijos – dideli? grei?i?, pana?i? ? ?viesos greit?, mechanikos. Prisiminkime, kad SRT visos inercin?s atskaitos sistemos, judan?ios viena kitos at?vilgiu tolygiai ir tiesi?kai, yra lygiaver?iai. Svarbu atsiminti apie laiko matavimus SRT. Kiekviename inerciniame atskaitos kadre laikrodis veikia savo tempu, skiriasi nuo kit? kadr? laikrod?i? da?nio , jei palyginsite juos. Ta?iau nei „geriausio“, nei „blogiausio“ tempo pasirinkti negalima, jei laikrod?iai strukt?ri?kai identi?ki. Tai yra savo laiko kiekviena inercin? sistema turi lygias teises kit? at?vilgiu. Tai rei?kia, kad SRT n?ra tam skirto laiko.

Taip pat sak?me, kad geometrine kalba SRT invariancija pereinant i? vienos inercin?s atskaitos sistemos ? kit? yra lygiavert? invariancijai Lorenco sukimosi metu. visame kame plok??ia erdv?laikis. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje d?l gravitacijos „?sijungimo“ ir atitinkamai erdv?laikio kreivumo Lorenco invariantas visame kame erdv?laikis nebe?manomas. Ta?iau bendrasis reliatyvumas i?lieka Lorenco invariantas lokaliai ty ma?oje kiekvieno steb?tojo kaimynyst?je. ?is nekei?iamumas yra vienas i? GTR princip? ir yra susij?s su GTR ir STR atitikimo principu.

Chronometrin? teorija. Daugelyje bendrosios reliatyvumo teorijos modifikacij? pa?eid?iamas vietinis Lorenco invariantas. Tarp j? yra Hor?avos teorija. Pastaruoju metu ypa? i?populiar?jo vienas i? jo ?gyvendinim? – vadinamoji „gyvybinga“ („sveika“) neprojektin? versija, kuri? suk?r? amerikie?i? fizikai Diego Blasas ir Oriol Pujolas bei m?s? tautietis Sergejus Sibiryakov. Toliau aptariami poveikiai daugiausia susij? su ?ia bendrojo reliatyvumo teorija.

Taigi, kuo Hor?avos teorija skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos? Be vis? ?prast? bendrosios reliatyvumo teorijos lauk?, pridedamas skaliarinis laukas f, bet ne ?prastu b?du. Kryptis jos poky?iai erdv?laikyje apibr??ia specialiai skirt? laiko kryptis.?tai kod?l skaliarinis laukas vadinamas lauku chrononas. Tada skaliarinio lauko pastovi? ver?i? pavir?iai yra pastovaus laiko arba „vienalaiki?kumo“ pavir?iai. Skaliarinis laukas patenka ? lygtis tik per i?vestines, tod?l nereikia jaudintis d?l begalini? chronono lauko ver?i?. Reik?mingas tik jo pokytis, o ne vertyb?s. Kadangi erdv?laikyje yra pasirinkta kryptis, yra pasirinktos atskaitos sistemos. Tai n?ra b?dinga nei STR, nei GTR, bet b?dinga vektoriaus-tenzoriaus teorijoms. Ai?kumo d?lei pateiksime paprast? „?aislo“ pavyzd?. Vienas i? naujosios teorijos sprendim? yra plok??ias erdv?laikis (pvz., SRT) ir chronono laukas, kuris pasirodo kaip tik laikas, f = t. ? SRT galime pereiti naudodami Lorenco transformacijas i? vienos koordina?i? sistemos x,t kitam x“, t“, kur laikas teka kitaip. Naujojoje teorijoje mes negalime, nes skaliarinio lauko reik?m? nesikei?ia koordina?i? transformacij? metu, o tai yra laikas. Taigi ?ia, skirtingai nei degalin?je, yra laikrodis, kuris skai?iuoja skirt? laik?.

Kadangi bendrojoje reliatyvumo teorijoje gravitacinis laukas yra erdv?s ir laiko metrikos laukas, ai?ku, kod?l naujoji teorija vadinama chrono metrin?. Priimtini chronometrin?s teorijos parametr? apribojimai leid?ia i?vengti nukrypim? kvantavimo metu. Pakartokime dar kart?: uh taip ir atsitiko Pagrindinis tikslas jo konstrukcija. Ta?iau tai teorin? s?km?, ir dabar vargu ar ?manoma i?bandyti tokio lygio kvantinius efektus.

Ta?iau naujoji teorija turi keistis ir klasikin?se (nekvantin?se) aprai?kose. O tai leid?ia ?rodyti arba paneigti jos teis? egzistuoti. Toliau parodysime, kokiais klasikiniais rei?kiniais ir kiek chronometrin? teorija skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos, ar naujosios teorijos poveik? galima nustatyti steb?jimuose, o kai kuri? teorini? modeli? skirtum? iliustruosime. Nor?dami tai padaryti, aptarsime ry?kiausius, m?s? nuomone, pavyzd?ius.

Gravitacin?s bangos spinduliuot?. Prisiminkime, kad gravitacin? banga bendrojoje reliatyvumo teorijoje yra skersin?, tenzorin?, turi dvi poliarizacijas (?r. 10.2 pav.) ir sklinda ?viesos grei?iu. Gravitacin?s bangos egzistuoja ir Horzavos teorijoje. Ta?iau, be jau min?t? dviej? tenzorini? poliarizacij?, yra ir skaliarinis laisv?s laipsnis. Tai rei?kia, kad veikiant tokiai bangai prie bandom?j? daleli? jud?jimo bus pridedami i?ilginiai (bangos sklidimo kryptimi) poslinkiai. Svarbu tai, kad tenzoriniai ir skaliariniai komponentai turi skirtingi grei?iai paskirstymas. Be to, tur?t? b?ti abu grei?iai, priklausantys nuo „Horzhava“ modelio parametr? vir?yti(!) ?viesos greitis, nors ir ne?ymus. ?ie skirtumai nuo bendrosios reliatyvumo teorijos yra ?dom?s, bet, deja, kol kas tik teoriniai. Vis dar n?ra tiesioginio gravitacini? bang? aptikimo, tod?l pastebim? skirtum? registravimas atrodo tolimos ateities reikalas.

Nepaisant to, yra netiesioginis gravitacin?s spinduliuot?s egzistavimo patvirtinimas. Tai dvigub? pulsar? steb?jimai, j? orbit? dyd?io suma??jimas rodo energijos praradim? d?l gravitacini? bang? spinduliavimo. ?is efektas atitinka bendr?j? reliatyvum?, kurio santykinis tikslumas yra 10–2, kaip jau aptar?me. Ta?iau GR ir Horzavos teorijos prognoz?s skiriasi. Tod?l, jei pastarasis yra perspektyvus, tada yra tikimyb?, kad tolesnis tikslumo padid?jimas atskleis ?iuos skirtumus ir paai?kins naujosios teorijos parametrus.

Daleli? s?veika. Momentinis veiksmas. Dabar chronometrin?je teorijoje apsvarstysime gravitacinio lauko s?veik? su med?iaga. Aptarsime tik pirm?j? (tiesin?) aproksimacij?, kuri gali b?ti prieinama steb?jimams. Tokia tvarka efektai, susij? su Lorenco invariancijos pa?eidimu, yra slopinami d?l ?vairi? prie?as?i?, ta?iau yra chronono laukas, jis Lorenco invariantiniu b?du ?traukiamas ? vadinam?j? efektyvi?j? metrik?. Tai yra, GTR metrika yra modifikuojama, o materija sklinda ne pirminiame erdv?laikyje, o ka?kokiu efektyviu erdv?laikiu ir universaliu b?du. Galb?t ateityje b?tent ?i s?veika leis mums atrasti klasikinius rei?kinius, kuriuos reprezentuoja chronometrin? teorija.

Aproksimuojant silpnus laukus ir ma?us grei?ius, Niutono gravitacija tur?t? tapti gravitacin?s teorijos riba. Pastarajame dviej? daleli? s?veik? vaizduoja garsusis Niutono d?snis, kur j?ga proporcinga mas?ms, gravitacin? konstanta, atvirk??iai proporcinga atstumo kvadratui, ta?iau nepriklauso nuo grei?io?ios dalel?s. Chronono lauko buvimas kei?ia ir papildo ?? d?sn? taip. Lengvai kinta gravitacin? konstanta, dabar jis vadinamas efektyviu ir atrodo grei?io priklausomyb?. Galimyb? aptikti ?iuos efektus lemia chronometrin?s teorijos sujungimo konstantos.

Chronono lauko ?taka pasirei?kia ir tuo, kad kai kurios s?veikos gali plisti akimirksniu(!), t.y. begaliniu grei?iu. Kaip buvo padaryta ?i i?vada? Paprastai trikd?i? lygtyse yra bang? operatorius, susidedantis i? dviej? dali?: erdvin?s ir laiko. Didumas, atvirk??iai antrosios dalies koeficientas – trikd?i? sklidimo grei?io kvadratas. Visi?kas antrosios dalies nebuvimas rei?kia, kad ?is greitis yra begalinis. Dalis Hor?avos teorijos lyg?i? turi b?tent toki? strukt?r?. ?ia tikslinga daryti analogij? su Niutono teorija. Jame, kaip ir chronometrin?je teorijoje, i?ry?kinamas laiko t?km? („absoliutus laikas“), o gravitacin? s?veika i?plinta akimirksniu.

Kaip ?sivaizduoti momentin? platinim?? ?sivaizduokite pastovaus laiko pavir?i?, tada signalas, sklindantis juo (tai yra, nekei?iant laiko), akimirksniu nukeliauja bet kok? atstum?. Tai nepriimtina tokiose reliatyvistin?se teorijose kaip STR ar GTR. Pa?velkime ? diagram? pav. 12.1. Apsvarstykite tris erdv?s ta?kus: A, B ir C. ?iuo metu t = 0 ?ie ta?kai atitinka ?vykius A 0 , B 0 , C 0 , kurios pagal SRT n?ra prie?astiniu ry?iu susijusios. Tik akimirka t 1 ?vykis A 0 tampa prie?astiniu ry?iu su ?vykiu B 1 ta?ke B, ir ?iuo metu t 2 ir su ?vykiu C 2 ta?ke C. Kaip ir tur?t? b?ti STR (arba GTR), signal? sklidimas yra grie?tai susietas ir ribojamas ?viesos k?giais. Horjavos teorijoje kai kurioms s?veikoms to gali neb?ti. Momentinis sklidimas rei?kia, kad visi trys ?vykiai A 0 , B 0 , C 0 vienu metu t = 0, atsirado kaip vieno pasekm? akimirksniu sklindantis signalas, tai yra, jie gali b?ti prie?astiniu ry?iu susij?. Ta?iau tokia „fantasti?ka“ galimyb? chronometrin?s teorijos lemiamai neriboja. Laiko krypties i?skirtinumas rei?kia, kad vienalaiki?kumo samprata yra vienareik?mi?kai apibr??ta, tod?l net ir tokia egzoti?ka prie?astingumo problem? nekyla.

Saul?s sistema. Norint patikrinti bet koki? gravitacin? teorij?, matuojant judesius planet? sistemoje, naudojamas PPN formalizmas. Kaip ir bet kurioje vektori? teorijoje, Hor?avos teorijoje turi b?ti privilegijuoto atskaitos sistemos poveik? Tai lemia tai, kad a grup?s PPN parametrai n?ra nuliniai. I? ties?, be dviej? PPN parametr?, b?ding? bendrajai reliatyvumo teorijai, chronometrin? teorija turi dar du: a 1 ir a 2 . Kad neb?t? prie?taravim? su steb?jimais, jie turi b?ti pakankamai ma?i: a 1 <= 10 -4 ir a 2 <= 10 -7. Lauksime, kol padid?s matavim? tikslumas, tada galb?t a 1 ir a 2 egzistavimas (taigi ir Hor?avos teorija) bus patvirtintas arba paneigtas.

Juodosios skyl?s. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje juodoji skyl? yra objektas, kurio centrin? dalis, da?niausiai vienaskaita, yra apsupta sferinio pavir?iaus, vadinamo ?vyki? horizontu. Jo buvimas yra d?l to, kad bendrojoje reliatyvumo teorijoje yra ribinis greitis - tai yra ?viesos greitis. Pagrindin? juodosios skyl?s savyb? yra ta, kad bendrojoje reliatyvumo teorijoje jokia dalel?, joks laukas ar net ?viesos signalas negali i? jos i?eiti, tai yra i?eiti u? ?vyki? horizonto.

Chronometrin?je teorijoje taip pat yra sprendim?, apib?dinan?i? objektus, tokius kaip juodosios skyl?s. Ta?iau prisiminkime, kad ?ioje teorijoje n?ra ribojan?io grei?io, s?veika gali sklisti didesniu nei ?viesos greitis ir netgi akimirksniu. Jei tokia galimyb? egzistuot? bendrojoje reliatyvumo teorijoje, tada pati ?vyki? horizonto s?voka prarast? prasm?, nes atsiranda galimyb? palikti objekt? ir b?nant ?vyki? horizonte, ir po juo. Tokiu atveju atsiranda prie?taravim?, susijusi? su sistemos termodinamika, pavyzd?iui, entropijos suma??jimas. ?iuo metu visi juod?j? skyli? sprendimai Horzavos teorijoje n?ra ?inomi d?l jos jaunyst?s, ta?iau tarp ?inom? yra ir toki?, kurie leid?ia i?vengti ?i? komplikacij?. Pasirodo, juodojoje skyl?je, chronometrin?s teorijos r?muose, gali b?ti vadinamasis universalus horizontas. Jis yra ?emiau ?vyki? horizonto („ar?iau“ singuliarumo) ir yra nuostabus tuo, kad po juo yra pastovus laikas. nekerta jo. Tai rei?kia, kad net begalinio grei?io (akimirkinio) signalas negali i?eiti i? po ?io tarpinio horizonto. Ir tokiems objektams min?ti prie?taravimai pa?alinami.

Fig. 12.2 paveiksle parodyta vadinamoji Schwarzschildo juodosios skyl?s Penrose diagrama. Ta?kai i- Ir i+ reprezentuoja vis? laikin?j? praeities begalyb? ir vis? laikin?j? ateities begalyb?, ta?kas i 0 vienija vis? erdvin? begalyb?. Tiesiai Bi+ yra Schwarzschild juodosios skyl?s ?vyki? horizontas – tai matyti i? ?viesos k?gi? vietos. Tikrai, kvadratas Bi + i 0 i– – visa tai yra i?orinis erdv?laikis lauke?vyki? horizontas, o trikampis i + Bi+ yra erdv?-laikas pagal?vyki? horizontas, i? kurio signalas negali patekti ? i?orin? region?, o tr?kin? linija yra singuliarumas r = 0. Ant Schwarzschild skyli? diagramos yra chronometrin?s teorijos juod?j? skyli? diagrama. Visos kreiv?s jungiasi i 0 ir i+ , yra chronono j pastovaus lauko skerspj?viai = konst, tas pats dalykas, pastovus laikas (vienalaiki?kumas). Riebal? lankas yra vienas universalus horizontasz=? z + , po juo, ar?iau singuliarumo, lankai i + i+ , jungian?ios tr?kin?s linijos galus taip pat yra pastovaus laiko (vienalaiki?kumo) atkarpos. Akivaizdu, kad jei signalas chronometrin?je teorijoje sklinda net akimirksniu, tai yra vienalaiki?kumo skerspj?viais, tada jis negal?s kirsti visuotinio horizonto ir palikti chronometrin? juod?j? skyl?.

Kosmologija. Visatos mastu Hor?avos teorija taip pat turi galimyb? paskelbti savo gyvybingum?. Aptarkime kosmologinius sprendimus naujoje teorijoje. Jie bus ma?daug tokie patys kaip bendrojoje reliatyvumo teorijoje, su skirtumu, kad vietoj ?prastos gravitacin?s konstantos G atsiras efektyvioji gravitacin? konstanta G E. Dabar prisiminkime modifikuot? Niutono d?sn?, aptart? auk??iau. Atsiranda savo efektyvioji gravitacin? konstanta, kuri skiriasi nuo G, pa?ym?kime tai G I. ?vertinti skirtumai: | G I - G E| <= 0,1.

Draudimo, kad ateityje bus nustatyta reik?minga ?io skirtumo vert?, n?ra, ta?iau taip pat ?manoma, kad jis bus pa?alintas.

Remiantis bendruoju reliatyvumu, buvo sukurta kosmologini? perturbacij? teorija, kuri gerai atitinka steb?jimus. Tai leid?ia, pavyzd?iui, paai?kinti strukt?ra, tai yra galaktik? ir j? spie?i? pasiskirstymas stebimame Visatos regione. Nepaisant to, jei, did?jant steb?jimo tikslumui, aptinkama, tarkime, anizotropija, kurios nenumat? bendroji reliatyvumo teorija, tai yra prie?astis kreiptis ? Hor?avos teorij?. Khorzhavos teorija yra tokia jauna, kad vargu ar ji pati ir jos pagrindu padarytos i?vados gali b?ti laikomos nusistov?jusiomis ir visuotinai priimtomis. Nepaisant to, tiek visa teorija, tiek i?vados atrodo labai intriguojan?ios ir svarbios.

Daugiama?iai modeliai

Sveiki, daugiamati?kumas!
Viktoras Bokhinyukas

Per pastar?j? ?imtmet? ?vairios gravitacijos teorijos vienaip ar kitaip buvo kuriamos kaip nepriklausomos teorijos, tai yra „i? apa?ios“. Pastaraisiais de?imtme?iais situacija pasikeit?: gravitacijos teorij? k?rim? skatina fundamentali? teorij? k?rimas, ?vairi? modeli? gravitacija yra j? dalis ir „kristalizuojasi“ ?i? teorij? ribose. Tai yra, j? k?ryba kyla „i? vir?aus“. Kaip pretendentai ? „visko teorijas“, pagrindin?s teorijos apima gravitacij?.

„Visko teorija“ turi veikti pa?iomis fantasti?kiausiomis s?lygomis, ?skaitant Planko energijos. Tada visos s?veikos veikia kaip viena. Tod?l toki? teorij? k?rimas tam tikru mastu yra ekstrapoliacija. O per?jimas nuo teorijos, veikian?ios bendriausiomis s?lygomis prie m?s? pasaulio s?lyg?, bus jos aproksimacija, kuri vadinama ma?ai energijos. Ma?iausiai steb?jimo efektai „apytiksl?je visko teorijoje“ tur?t? atsirasti m?s? stebimame pasaulyje. „Visko teorijos gravitacin? dalis“ ?emos energijos ribose ?gauna mums pa??stam? form? ir turi i?laikyti visus bendrosios reliatyvumo teorijos testus. Atkreipkite d?mes?, kad kai kuriose „visko teorijos“ ?emos energijos ribose versijose bendrasis reliatyvumas yra gravitacin? dalis. tiksliai.

Svarbi fundamentini? teorij? savyb? yra ta, kad, kaip taisykl?, tiek kosmologin?se, tiek mikropasaulio mastel?se naudojamas erdv?s ir laiko matmuo, didesnis nei 4. Daugiamat?s erdv?s s?voka yra b?tina, pavyzd?iui, superstyg? teorijai visuotinai priimtas yra perspektyviausia didel?s energijos teorija, jungianti kvantin? gravitacij? ir vadinam?j? matuokli? lauk? teorij?. ?ios teorijos ma?os energijos implikacijos reikalauja, pavyzd?iui, (9+1) matmen? pagrindinio erdv?s laiko (kartais (10+1) matmens), o kiti matmenys yra draud?iami.

Bet kaip tada gali b?ti, jau?iame tik 3 erdvinius ir vienu metu O e matavimas? Mikroskal?se papildomi matmenys sutankinami (tarsi susukami ? „vamzdelius“), tod?l mes neturime j? suvokti. Tokia erdv? turi papildom? matmen? simetrij?, ? kurias atsako ?vairi? kr?vi? tverm?s d?sniai, kaip ir Minkovskio erdv?s simetrijas atsako energijos charakteristik? tverm?s d?sniai.

Jau dabartiniame technologij? lygyje eksperimentai su greitintuvais gali b?ti svarb?s norint patvirtinti pagrindines teorijas. Pavyzd?iui, jei CERN did?iajame hadron? greitintuve bus aptikti vadinamieji supersimetriniai ?inom? daleli? partneriai, tai reik?, kad supersimetrijos id?ja veikia, tod?l i? tikr?j? galima sukurti pa?angesn? gravitacijos teorij?. styg? teorija.

Bet ar pasaulis gali tur?ti i?pl?st? (nesuspaust?) matmen?? Pirmuosius parei?kimus ?iuo klausimu 1983 m. padar? Valerijus Rubakovas ir Michailas ?apo?nikovas, kurie ir toliau aktyviai dirba ?ioje srityje. Jie parod?, kad 5 dimensij? erdv?laikyje (su 4 dimensijos erdve) visa materija gali b?ti sukoncentruota tik 3 dimensijoje erdv?s atkarpoje. I?kyla modeli? su branomis samprata, kur pasaulis, kuriame gyvename efektyviai sutelktas 3-mat?je erdv?je, tod?l nejau?iame papildom? i?pl?st? erdvini? matmen?.

Kur? laik? Rubakovo-?apo?nikovo tipo modeliai nesulauk? didelio d?mesio. Susidom?jim? jais pirmiausia ?m? kelti s?veik? hierarchijos problema, apimanti itin didel? gravitacin?s s?veikos silpnum?. Apib?dinant elementari?j? daleli? s?veik?, galima pamir?ti apie gravitacin? s?veik? kaip visi?kai nereik?ming? patais?. Bet jei jau ?m?m?s paai?kinti savo pasaulio sandar?, tai turime atsakyti ? klausim?, kod?l gravitacija tokia silpna.

Pasirodo, daugiama?iai modeliai su i?pl?stais papildomais matmenimis gali b?ti labai naudingi sprend?iant ?ias problemas. Toki? modeli? yra daug. Bene garsiausias yra modelis, kur? 1999 metais pasi?l? amerikie?i? kosmologai Lisa Randall ir Ramanas Sundrum. Ties? sakant, jie vienas po kito pasi?l? du modelius.

Pirmajame i? j? 5 dimensij? pasaul? i? abiej? pusi? riboja dvi 4 dimensijos erdv?s ir laiko atkarpos, i? kuri? viena yra m?s? Visata (trys erdviniai matmenys plius vienas laikas A A? esu koordinat?). Tarpas tarp dviej? bran? yra labai i?lenktas d?l j? „mechaninio“ ?tempio. ?i ?tampa lemia tai, kad visos fizin?s dalel?s ir laukai yra sutelkti tik ? vien? i? bran? ir i? jos nepalieka, i?skyrus gravitacin? s?veik? ir spinduliuot?. ?ioje branoje yra gravitacija, bet ji labai silpna, ir tai yra tas pasaulis, kuriame gyvename. Kitoje mums nepasiekiamoje 5 dimensij? pasaulio riboje, prie?ingai, gravitacija yra labai stipri, o visa materija yra daug lengvesn?, o materijos daleli? s?veika silpnesn?.

Antrojoje versijoje „Randall“ ir „Sundrum“ modelis atsisako antrosios ribos. ?is modelis labiau patinka teoretikams. Tai leid?ia jiems paversti savo mylim? styg? teorij? penkiamat?je erdv?laikyje ?prasta kvantine teorija ant keturi? dimensij? ribos. Erdv? ?iame modelyje taip pat labai i?lenkta, o jos kreivio spindulys lemia b?ding? papildomo penktojo erdvinio matmens dyd?. N?ra galutinai pripa?into modelio su branomis, jos yra aktyvioje vystymosi faz?je, identifikuojamos, i?sprend?iamos, atsiranda nauj?, v?l sprend?iamos ir pan.

Fig. 12.3 paveiksle (kair?je) schemati?kai pavaizduotas pasaulis ant branos, kuriame ?viesa (fotonai) sklinda jos viduje, bet negali palikti pa?ios branos. Fig. 12.3 (de?in?je) rodo, kad jei m?s? pasaulis b?t? ant branos, jis gal?t? „pl?duriuoti“ did?iul?je papildom? dimensij? erdv?je, kuri lieka mums nepasiekiama, nes ?viesa, kuri? matome (ir jokie kiti laukai, i?skyrus gravitacinius), negali palikti m?s? branos. . Aplink mus gali sklandyti ir kiti bran? pasauliai.

Kita id?ja, vedanti ? daugiama?i? modeli? svarstym?, yra vadinamoji AdS/CFT korespondencija, kuri kyla kaip vienas i? specifini? superstyg? teorijos ?gyvendinim?. Geometri?kai tai rei?kia ?tai k?. Atsi?velgiama ? daugiamat? (da?niausiai 5 dimensij?) anti-de Sitter (AdS) erdv?laik?. Be detali?, AdS erdv? yra nuolatinio neigiamo kreivumo erdv?laikis. Nors jis yra i?lenktas, jis turi tiek pat simetrij?, kaip ir to paties dyd?io plok??ias erdv?laikis, t. y. yra maksimaliai simetri?kas . Toliau nagrin?jame erdvin? AdS erdv?s rib? begalyb?je, kurios matmuo atitinkamai yra vienu ma?esnis. Taigi, 5 dimensij? AdS erdv?je riba bus 4 dimensijos, ty ka?kur pana?i ? erdv?-laik?, kurioje gyvename. Pats atitikimas rei?kia tam tikr? matematin? ry?? tarp ?ios ribos ir vadinam?j? konformini? (skal?s invariant?) lauko teorij?, kurios gali „gyventi“ ant ?ios ribos. I? prad?i? ?is atitikimas buvo tiriamas tik grynai matematiniais terminais, ta?iau ma?daug prie? 10 met? buvo suvokta, kad ?i? id?j? galima panaudoti ir tiriant stipriosios s?veikos teorij? stiprios sujungimo re?ime, kur ?prasti metodai neveikia. Nuo tada tyrimai, susij? su AdS/CFT atitikimu (arba tiriami), tik ?gavo pagreit?.

I? to, kas pasakyta ankstesn?je pastraipoje, m?s? nuomone, svarbu, kad tiriama i?lenkta erdv?laikis – AdS erdv? ir jos riba. Darbiniuose modeliuose atsi?velgiama ne ? idealias AdS erdves, o ? sud?tingesnius sprendimus, kurie elgiasi kaip AdS, kai asimptoti?kai art?ja prie ribos. Toks erdv?laikis gali b?ti vienos ar kitos daugiamat?s gravitacijos teorijos sprendimas. Tai yra, AdS/CFT korespondencijos id?ja yra dar viena paskata pl?toti daugiamates teorijas.

Viena i? pagrindini? problem?, susijusi? su brano modeliais (ir kitais didel?s apimties modeliais), yra suprasti, kaip jie artimi realybei. Apib?dinkime vien? i? galim? test?. Prisiminkime Hokingo juod?j? skyli? kvantinio garavimo efekt?. B?dingas juod?j? skyli?, atsirandan?i? d?l masyvi? ?vaig?d?i? sprogim?, garavimo laikas yra daug kart? ilgesnis nei Visatos gyvavimo laikas; supermasyvioms juodosioms skyl?ms jis yra dar didesnis. Ta?iau pad?tis pasikei?ia Randall ir Sundrum 5 dimensijos erdv?laikio atveju. Juodosios skyl?s m?s? branoje (dar ?inomas kaip m?s? Visata) tur?t? i?garuoti daug grei?iau. Pasirodo, 5 dimensijos erdv?laikio po?i?riu m?s? Visatos juodosios skyl?s juda su pagrei?iu. Tod?l jie tur?t? veiksmingai prarasti energij? (i?garuoti be ?prasto Hawkingo efekto), kol susitraukian?i? juod?j? skyli? dyd?iai i?lieka didesni nei papildomos dimensijos dydis (ka?kas pana?aus ? trint? su tuo matmeniu). Pavyzd?iui, jei b?dingas papildomo matmens dydis b?t? 50 mikron?, kurie yra gana i?matuojami laboratorijoje, tai vienos saul?s mas?s juodosios skyl?s negal?t? gyventi ilgiau nei 50 t?kstan?i? met?. Jeigu toks ?vykis atsitikt? prie? m?s? akis, pamatytume, kaip staiga u?geso rentgeno ?altiniai, kuriuose ?vyt?jo ? juod?j? skyl? krintanti med?iaga.

Juodosios skyl?s daugiamat?je bendrojoje reliatyvumo teorijoje

Taigi, ?ingsnis po ?ingsnio daugiamat?s erdv?s tampa neatsiejama ?vairi? fizini? modeli? dalimi. Kartu vis daugiau d?mesio sulaukia ir bendrojo reliatyvumo teorijos apibendrinimas ? daugiau nei keturias dimensijas (be kit? modifikacij? ir papildym?), nes toks bendrasis reliatyvumas kai kuriais variantais pats savaime yra nauj? teorij? dalis. Ir tai yra viena i? reik?ming? paskat? ie?koti ir mokytis galimi sprendimai daugiamatis bendrasis reliatyvumas. Ypa? ?dom?s ir svarb?s yra juod?j? skyli? sprendimai. Kod?l?

1) ?ie sprendimai gali b?ti teorinis pagrindas analizuojant mikroskopines juod?sias skyles styg? teorijose, kur jos nei?vengiamai atsiranda.
2) AdS/SFT korespondencija susieja D matmen? juod?j? skyli? savybes su kvantinio lauko teorijos savyb?mis ant (D–1) matmen? ribos, kurias trumpai aptar?me auk??iau.
3) B?simi eksperimentai su greitintuvais rodo daugiama?i? juod?j? skyli? atsiradim?. J? registracija ne?manoma nesuvokus j? savybi?.
4) Ir galiausiai, klasikin?s 4 dimensijos bendrojo reliatyvumo teorijos sprendim? tyrimas prasid?jo nuo juod?j? skyli? tyrimo – Schwarzschildo sprendimo. Atrodo nat?ralu vadovautis istorin?s raidos logika.

Intuityviai ?i?rint, kuo daugiau matmen?, tuo ?vairesn?s bus teorijos sprendim? savyb?s. Kaip tai pasirei?kia juod?j? skyli? sprendimuose? Daugiamat?s bendrosios reliatyvumo teorijos sprendim? ?vairov? lemia dvi naujos savyb?s: netriviali sukim? dinamika ir galimyb? formuoti i?pl?stinius ?vyki? horizontus. Aptarkime juos. ?prastoje bendrojoje reliatyvumo teorijoje su 4 dimensijos erdv?laikiu nepriklausomas sukimasis 3-mat?je erdv?je gali b?ti tik vienas. J? apibr??ia jo a?is (arba, kas yra tas pats, sukimosi plok?tuma, statmena jai). 5 dimensij? bendrojoje reliatyvumo teorijoje erdv? (be laiko) tampa 4-mat?, ta?iau ?i 3-mat?s erdv?s savyb? tur?ti vien? nepriklausom? sukim?si i?saugoma. Ta?iau 6 dimensij? bendrojoje reliatyvumo teorijoje, kur erdv? tampa 5 dimensijos, galimi du nepriklausomi pasukimai, kiekvienas turi savo a?? ir tt Kita nauja savyb?, atsirandanti sprendiniams, kuri? matmenys yra didesni nei 4, yra i?pl?st? horizont? atsiradimas. K? jie rei?kia? Tai skirting? matmen? „juodosios stygos“ (vienmat?s) ir „juodosios branos“.

?i? dviej? nauj? galimybi? derinys skirtingose variacijose l?m? tai, kad daugiamat?je bendrojoje reliatyvumo teorijoje buvo sukurta daug sprendim?, toki? kaip juodosios skyl?s, kurios turi savo sud?ting? hierarchij?. Fig. 12.4 parodyta kai kurie i? ?i? sprendim?. Jei 4-mat?je bendrojoje reliatyvumo teorijoje ?inom? juod?j? skyli? ?vyki? horizontas, kaip taisykl?, yra sferin?s formos, tai daugiamat?je situacija labai pasikei?ia. Horizontai i?sigimsta ? stygas (kaip jau min?jome), gali b?ti toro formos ir pan.. Reikia tur?ti omenyje, kad horizont? vaizdai pav. 12.4 reik?t? suvokti ?iek tiek simboli?kai, nes i? tikr?j? tai yra 3 dimensijos pavir?iai 4 dimensijoje.

?ie dariniai jau vadinami ne „juodosiomis skyl?mis“, o „juodaisiais objektais“. Jie gali b?ti daugialypiai sujungti, pavyzd?iui, juodoji skyl?, apsupta „juodojo toro“, vadinama „juoduoju saturnu“. Dalis ?i? objekt? yra nulemti nestabili? sprendim?, kitai daliai, pasirodo, ne?manoma teisingai apskai?iuoti u?konservuot? kieki?, ta?iau daugelis toki? defekt? neturi. Ta?iau nepaisant vis? savybi? ?vairov?s (priimtin? ar abejotin?) ir ?mantrios kai kuri? objekt? formos, j? ?vyki? horizontai turi t? pa?i? pagrindin? savyb? kaip ir Schwarzschildo juodosios skyl?s horizontas: materialaus k?no istorija po jo susikirtimo nustoja b?ti. prieinamas i?oriniam steb?tojui.

?is paveikslas atrodo labai, labai egzoti?kai ir, atrodo, neturi jokio ry?io su realybe. Bet kas ?ino – kadaise juod?j? skyli? sprendimai atrod? toli nuo realyb?s, ta?iau dabar nekyla abejoni?, kad ?ie objektai apgyvendina Visat? visur. Gali b?ti, kad gyvename ant branos, o i?oriniame 5 dimensij? pasaulyje yra ka?kas pana?aus ? „juod?j? Saturn?“, ir bus aptikta jo ?taka branai.

Bimetrin?s ir masin?s graviton? teorijos

Prisiminkime, nor?dami apib?dinti silpnas gravitacines bangas, bendrosios reliatyvumo teorijos dinamin? metrik? suskirst?me ? plok??iosios erdv?s-laiko ir metrikos trikd?i? metrik?. Paai?k?jo, kad fonin?s erdv?s vaidmen? atliekan?ioje Minkovskio erdv?je gali plisti bang? pavidalo trikd?iai. Fonas gali b?ti i?lenktas, bet turi likti fiksuotas, ty jo metrika turi b?ti bendrojo reliatyvumo teorijos sprendimas. ?iame paveiksl?lyje fonin? erdv?laikio metrika ir metriniai trikd?iai yra nepriklausomi. ?is vaizdavimas yra vienas i? bimetrin?s gravitacijos teorijos variant?, kur viena metrika yra ?inoma ir vaizduoja fonin? erdv?laik?, o antroji, dinamin?, atlieka joje sklindan?io gravitacinio lauko vaidmen?. ?iuo atveju tok? apra?ym? sukelia pats GTR.

Ta?iau bimetrin?s teorijos kuriamos neatsi?velgiant ? bendrosios reliatyvumo teorijos egzistavim?, o kaip nepriklausomos teorijos. J? b?dingos savyb?s yra tai, kad fono ir dinamin?s metrikos yra sujungtos ? efektyvi? metrik?, kuri savo ruo?tu lemia efektyv? erdv?laik?, kuriame visi fiziniai laukai sklinda ir s?veikauja. Paprastai silpn? lauk? ir ma?? grei?i? ribose bendrosios reliatyvumo ir bimetrini? teorij? prognoz?s sutampa ir tenkina visus arba daugum? test?, kuriuos atitinka ir bendroji reliatyvumo teorija. Kod?l d?mesys kreipiamas ? bimetrines teorijas? Pavyzd?iui, j? konstrukcija leid?ia papras?iau ir nuosekliau nustatyti konservuotus kiekius. Jie taip pat turi prana?um?, kai kalbama apie kvantavim?.

Paprastai bimetrin?se teorijose yra bent esmin? galimyb? nustatyti „pagrindin? sluoksn?“ - fonin? erdv?laik?. Bet taip gali ir nenutikti. Pavyzd?iui, neatsi?velgiant ? lauko silpnum? (ty tiksliai, be aproksimacij?), bendrasis reliatyvumas gali b?ti suformuluotas kaip bimetrin? teorija. ?iuo atveju i? esm?s ne?manoma sugalvoti eksperimento ar testo, skirto nustatyti fonin? erdv?laik?, kuris tod?l atlieka pagalbin? vaidmen?. Ta?iau tik efektyvus erdv?laikis yra realus ir prieinamas steb?jimui – tai i? tikr?j? yra Bendrosios reliatyvumo teorijos erdv?laikis.

Toks bimetrinis bendrosios reliatyvumo teorijos atvaizdas vadinamas jo lauko teoretine formuluote ta prasme, kad gravitacinis laukas yra vertinamas vienodai su visais kitais fiziniais laukais pagalbiniame (nes nestebimame) erdv?s laiko fone.

Dabar gr??kime ? vidurin? mokykl? ir prisiminkime, kad fizikos vadov?liuose kalbama apie vadinam?j? bangos ir dalel?s dvilypum?. K? tai rei?kia? Pasirodo, konkretaus lauko sklidimas gali b?ti laikomas, priklausomai nuo s?lyg?, arba kaip dalel?, arba kaip banga. Gr??kime prie elektrodinamikos. Pakankamos amplitud?s ?emo da?nio signalas bus ?ra?ytas kaip banga, naudojanti kr?vi? virpesius savo lauke. Kita vertus, auk?to da?nio, bet silpnas signalas grei?iausiai bus aptiktas kaip dalel?, kuri i?mu?a elektron? fotodetektoriuje. Fotono dalel? yra bemas? (turi nulin? ramyb?s mas?). Atsigr??kime ? kit? gerai ?inom? dalel? – elektron?, jis turi mas?. Ta?iau paai?k?ja, kad banga taip pat gali b?ti susieta su elektronu, nepaisant jo „masyvumo“.

Po to prisiminkime apie gravitacines bangas, kurias numato Bendroji reliatyvumo teorija. Bendrosios reliatyvumo teorijos ribose ?ios bangos atitinka daleles, kuri? ramyb?s mas? nulin? – gravitonus. Ar ?manoma sukurti gravitacijos teorij?, kurioje gravitonas turi nenulin? ramyb?s mas?? Kod?l gi ne, jei tokia teorija silpnojo lauko ribose ir ma?? grei?i? ribose sutampa su bendruoju reliatyvumo teorija ir tenkina jos testus. ?i? teorij? istorija prasideda nuo did?iul?s gravitacijos, kuri? 1939 metais pasi?l? ?veicar? teoretikai Markusas Fierzas (1912–2006) ir Wolfgangas Pauli.

Nuo to laiko toki? teorij? variantai atsirado daugiau ar ma?iau reguliariai. Pastaruoju metu susidom?jimas jais i?augo d?l to, kad atsiranda masin?s gravitacijos teorijos variant? pagrindines teorijas pavyzd?iui, superstyg? teorija. Kai kuriuose modeliuose su branomis pirmenyb? teikiama masyviam gravitonui. Masyvios gravitacijos teorijos tam tikra prasme yra bimetrin?s teorijos: jos bendras bruo?as yra tai, kad dinaminis tenzoriaus laukas sklinda fiksuotu erdv?laikiu, kuris, kaip taisykl?, i? esm?s stebimas. Paprastai ribose, kai gravitonin? mas? linkusi ? nul?, tokios teorijos pereina ? bendr?j? reliatyvumo teorij?. Jei silpn? lauk? ir ma?? grei?i? ribose jie sutampa su bendruoju reliatyvumu, tai stipriuose laukuose ir kosmologin?se skal?se jie skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos, o tai rodo kitus efektus. Pavyzd?iui, gali pasirodyti, kad vietoj juod?j? skyli? sprendini? atsiras sprendiniai singuliarumams be horizont? („pliki singuliarumai“), o vietoj besiple?ian?ios visatos atsiras svyruojan?ios visatos.

Kol kas ne?manoma tiesiogiai patikrinti ?i? prognozi? patikimumo, tai teb?ra tolesni? tyrim? objektas. Iki ?iol masin?s gravitacijos teorijos tur?jo bendr? yd?, tod?l j? sprendimai sukuria tam tikras b?senas su neigiama energija. ?ios b?senos vadinamos „dvasiomis“, j? negalima paai?kinti proting? s?vok? r?muose, tod?l jos yra nepageidaujamos. Ta?iau visai neseniai pasirod? masin?s gravitacijos variantai be „dvasi?“.

Niutono d?snis

Visuotin?s gravitacijos d?snis po
buvo diskutuojama per tre?i?j? svarstym?
i?si?stas patikslinti...
Folkloras

Niutono d?snio i?bandymas. Niutono d?snio supratimas vis dar vaidina labai svarb? vaidmen? suvokiant gravitacijos samprat? apskritai. Kaip galime laboratorin?mis s?lygomis patikrinti, ar gyvename brane (ar kitame daugiama?iame pasaulyje), nors negalime „i?eiti“ ? papildom? dimensij?? Prisiminkime, kad gravitacija, skirtingai nei kitos s?veikos, apima visas penkias dimensijas. Nor?dami pasinaudoti ?iuo faktu, pam?stykime apie geometrin? Niutono d?snio reik?m?. Kaip prisimename, jis teigia, kad gravitacin?s s?veikos j?ga krinta atvirk??iai proporcingai atstumo kvadratui ~ 1/ r 2. Dabar prisiminkime paveiksl?l? i? mokyklinio fizikos vadov?lio, kur j?gos veikimas apib?dinamas j?gos linijomis. ?iame paveiksl?lyje j?ga tam tikru atstumu r nustatomas pagal spindulio sfer? „pramu?an?i?“ lauko linij? tank? r: Kuo didesnis sferos plotas, tuo ma?esnis linij? tankis ir atitinkamai j?ga. Ir sferos plotas yra proporcingas r 2, i? kurio Niutono d?snio priklausomyb? nuo atstumo tiesiogiai i?plaukia. Bet tai yra 3-mat?je erdv?je, kur sferos plotas yra proporcingas r 2! Keturi? matmen? erdv?je supan?ios sferos plotas bus proporcingas r 3, ir atitinkamai pasikeis Niutono d?snis - gravitacin?s s?veikos j?ga kris atvirk??iai proporcinga atstumo kubui ~ 1/ r 3 ir kt.

Jei atvirk?tinis kubo d?snis b?t? ?vyk?s Saul?s sistemos mastu, tai ai?ku, kad j? b?t? suformulav?s Niutonas. Tai rei?kia, kad turime to ie?koti nedideliu mastu. Tuo pa?iu metu Niutono d?snio patikrinimas yra svarbus ir kai kurioms perspektyvioms daugiamat?ms teorijoms, kur papildomi matmenys sutankinami (sutraukiami), o j? dyd?iai, ?inoma, yra ma?esni nei planetini?. Ta?iau jie gali siekti de?imtis mikrometr?. Kai Randall ir Sundrum pirm? kart? pasi?l? savo teorij?, Niutono d?snis buvo i?bandytas tik metr? skal?je. Nuo tada mokslininkai atliko kelet? labai sud?ting? (d?l gravitacijos silpnumo) eksperiment? su ma?yt?mis sukimo svarstykl?mis, o dabar laboratorijos ribos buvo gerokai suma?intos ir art?ja prie sutankinimo dyd?io.

?iuolaikiniai matavimai parod?, kad papildomo matmens dydis yra ne didesnis kaip 50 mikron?. Esant ma?esn?ms skal?ms atvirk?tinis kvadrato d?snis gali sugesti. Fig. 12.5 paveiksle parodyta sukimo balanso schema, skirta Niutono atvirk?tinio kvadrato d?sniui tikrinti. Pats prietaisas dedamas ? vakuumin? kolb?, kruop??iai izoliuot? nuo triuk?mo ir apr?pintas modernia elektronine poslinkio nustatymo sistema.

Akivaizdu, kad toks eksperimentas yra kupinas did?iuli? technologini? sunkum?, o tolesn? pa?anga siejama su eksperimento i?k?limu ? kosmos?. Faktas yra tas, kad nedideli Niutono d?snio pataisymai taip pat lemia apskai?iuot? planet? perihelijos poslink? (kartu su Ein?teino). Lazerinis M?nulio nuotolis patvirtino Ein?teino poslink? 10–11 radian? per ?imtmet? tikslumu. Ta?iau kitoje eil?je gali pasireik?ti kai kuri? daugiama?i? modeli? poveikis.

Pirmieji bandymai tokioje vietoje buvo atlikti 60-?j? prad?ioje tiek amerikie?i?, tiek soviet? tyrin?toj?. Bet lazerio spindul? stipriai i?sklaid? pavir?ius, o matavimo tikslumas buvo ma?as – iki keli? ?imt? metr?. Situacija labai pasikeit? po to, kai Amerikos „Apollo“ ir „Soviet Luna“ misijos ? M?nul? pristat? kampinius at?vaitus, kurie naudojami iki ?iol (deja, 1983 m. soviet? M?nulio programa buvo at?aukta).

Kaip tai atsitinka? Lazeris siun?ia signal? per teleskop?, nukreipt? ? at?vait?, ir u?fiksuojamas tikslus signalo skleidimo laikas. Spindulio plotas nuo signalo m?nulio pavir?iuje yra 25 km 2 (kampini? at?vait? plotas apie 1 m 2). Nuo prietaiso M?nulyje atsispind?jusi ?viesa ? teleskop? gr??ta ma?daug per vien? sekund?, tada trunka apie 30 pikosekund?i?. Fotono kelion?s laikas leid?ia nustatyti atstum?, o tai dabar daroma ma?daug dviej? centimetr? tikslumu, kartais tikslumas siekia kelis milimetrus. Ir tai yra 384 500 km atstumu tarp ?em?s ir M?nulio!

Modifikuota Niutono dinamika (MOND). Ta?iau Niutono d?snis gali b?ti pa?eistas ?ymiai didesniuose masteliuose nei planet? sistemos. Nenormal?s judesiai ir sukimai viduje ?vaig?d?i? sistemos„i?provokavo“ „tamsiosios materijos“ paie?kas, ? kurias panardinamos galaktikos, galaktik? spie?iai ir kt.

K? daryti, jei ?iose skal?se pa?eid?iamas pats Niutono d?snis? Originali? MOND teorij? 1983 m. suk?r? Izraelio fizikas Mordechai Milgromas kaip alternatyv? „tamsiajai med?iagai“. Nukrypimai nuo atvirk?tinio Niutono kvadrato d?snio pagal ?i? teorij? tur?t? b?ti stebimi esant tam tikram pagrei?iui, o ne tam tikru atstumu (prisiminkime Horzavos teorij?, kur Niutono d?snis kinta d?l grei?i? ?takos).

MOND s?kmingai paai?kina stebimus judesius galaktikose. ?i teorija taip pat parodo, kod?l nyk?tukin?se galaktikose nukrypimai nuo numatomo sukimosi modelio yra did?iausi.

Originalios teorijos tr?kumai:

1) neapima reliatyvistini? efekt?, toki? kaip STR arba GTR;
2) pa?eid?iami energijos tverm?s, judesio ir kampinio momento d?sniai;
3) viduje prie?taringas, nes numato skirtingas galaktikos orbitas dujoms ir ?vaig?d?ms;
4) neleid?ia apskai?iuoti gravitacinio l??io pagal galaktik? spie?i?.

Visa tai l?m? tolesn? reik?ming? jos tobul?jim? – ?traukus skaliarinius laukus, redukuojant ? reliatyvistin? form? ir pan. Kiekvienas pokytis, pa?alin?s vien? prie?taravim?, suk?l? kit? teorij?, ta?iau tyrin?tojai nepraranda optimizmo.

Anomalija „Pionieriai“. Automatin?s tarpplanetin?s stotys Pioneer 10 ir Pioneer 11 buvo paleistos 1972 ir 1973 metais Jupiteriui ir Saturnui tirti. Jie visi?kai ?vykd? savo misij? priart?ti prie ?i? planet? ir perduoti duomenis apie jas, kaip sakoma, i? pirm? l?p?. Paskutinis signalas i? Pioneer 10 buvo gautas 2003 m. prad?ioje po daugiau nei trisde?imties met? nuolatinis veikimas. Tuo momentu erdv?laivis buvo jau 12 milijard? kilometr? nuo Saul?s. Fig. 12.6 parodyta Pioneer-10 aparato nuotrauka.

Stebino tai, kad vos tik „Pionieriai“ aplenk? Urano orbit? (apie 1980 m.), ?mon?s ?em?je ?m? pasteb?ti, kad prietais? siun?iam? radijo signal? da?nis krypsta ? trump?j? bang? spektro dal?. ko netur?t? b?ti, jei j? jud?jimas atitinka Niutono dinamik? (bendrosios reliatyvumo teorijos reliatyvistinio poveikio ?taka tokiu atstumu nuo Saul?s ir planet? daug silpnesn?).

Kasdieniu po?i?riu efektas, ?inoma, atrodo nereik?mingas – jis 10 milijard? kart? ma?esnis u? pagreit?, kur? patiriame i? ?em?s gravitacinio lauko. Bet tai gerokai pranoksta reliatyvistin? bendrosios reliatyvumo teorijos poveik?! Banaliausi paslaptingo rei?kinio paai?kinimai gal?t? b?ti, pavyzd?iui, likutini? dujini? degal? nuot?kis i? ma?os traukos varikli?, stabdymas kosmin?s dulk?s ir tt Ta?iau ?ie padariniai yra laikini, o anomalija i?lieka stabili daugiau nei 20 met?.

Kai kurie mokslininkai susim?st?, ar Pioneer anomalij? gali sukelti iki ?iol ne?inomi veiksniai, veikiantys tik u? Saul?s sistemos rib? (Niutono d?snio pasikeitimas). Buvo svarstomi net modeliai, susij? su antimaterija, tamsi?ja med?iaga ir tamsi?ja energija.

Norveg? fizikas Kjellas Tangenas visapusi?kai i?analizavo situacij? ir padar? i?vad?, kad n? viena i? ?inom? gravitacijos d?snio modifikacij? negali apib?dinti anomalijos. Ties? sakant, d?l ?i? poky?i? netur?t? pasikeisti i?orini? Saul?s sistemos planet? jud?jimo apra?ymas. Taigi, pakeit?s Niutono d?sn?, Tangenas nei?vengiamai gavo neteisingus rezultatus apra?ydamas Urano ir Plutono jud?jim?.

„Pionieri?“ paslapt? visai neseniai i?skleid? 20 met? truk?s Via?eslavo Tury?evo, SAI MSU absolvento, dabar dirban?io NASA Reaktyvinio jud?jimo laboratorijoje (JPL) Pasadenoje, grup?. IN skirtingas laikas grup?je dirbo nuo 20 iki 80 darbuotoj?. Palyginti neseniai pavyko pakankamai i??ifruoti stebuklingai i?likusius papildomus Pionieri? duomenis, kurie anks?iau buvo neprieinami d?l archaji?k? fail? format? ir informacini? laikmen? (juosteli?). I? prad?i? buvo i?analizuota daugiau nei 20 veiksni?, galin?i? sukelti poveik?. Grup? disponavo muziejuje saugom? dvyni? ?rengini? kopija – tre?iasis Pioneer, paliktas ?em?je po prie?skrydini? bandym?, kurie leido atrinkti auk??iausios kokyb?s dalis kosmosui. ?is prietaisas buvo kruop??iai i?tirtas.

Vienas po kito d?l ?vairi? prie?as?i? kandidatai ? efekt? buvo atmetami. Pagaliau liko tik vienas galima prie?astis, kuris buvo tyrin?jamas su aistra. Prietaisas yra ma?daug 3 metr? skersmens parabolin? ry?io antena, apr?pinta ?ranga, patalpinta ?iek tiek ma?esn?je d??ut?je. Energijos d?ka ?ranga tarnauja taip ilgai atominis elementas, taip pat ?traukta ? ?i? d??ut?. D?l to d??ut? ?kaista. Antena visada nukreipta ? ?em?, kad d??ut? b?t? u? jos.

Turyshevo grup? sudar? kompiuterin? ?ilumos pasiskirstymo visame aparate ?em?lap?. Paai?k?jo, kad galin? ?renginio dalis (prie?inga nuo ?em?s) yra ?iek tiek ?iltesn? nei priekin?. Tai yra, energingesni fotonai palieka aparat? prie?inga ?emei kryptimi nei tie, kurie skrenda link ?em?s. Ties? sakant, „foton? variklis“ veikia, o tai ?iuo atveju sul?tina ?rengini? „skryd?“ i? Saul?s sistemos. Skai?iavimo duomenys labai gerai sutampa su steb?to poveikio duomenimis. ?io „variklio“ galia prilygsta automobilio priekini? ?ibint? „atatrankos“ galiai, kuri taip pat sul?tina j? kaip foton? varikl?. Tok? vaizdin? palyginim? pateik? pats Turyshevas.

Kyla klausim?. Kod?l poveikis buvo pasteb?tas tik po 8 met?? Faktas yra tas, kad yra ir toks rei?kinys kaip saul?s v?jas. Kol prietaisai nepasiek? Urano orbitos, jo ?taka vyravo, o „anomalija“ tiesiog paskendo. Did?jant atstumui „anomalijos“ poveikis tapo stipresnis nei v?jo poveikis ir jis buvo atrastas. Kod?l manoma, kad anomali j?ga nukreipta ? Saul?, nes antena nukreipta ? ?em?? Faktas yra tas, kad jau esant atstumui nuo Urano orbitos, Orbita?em? matoma kaip apskritimas ma?ame tirpalo kampe. ?iuo atveju ne?manoma atskirti, kur nukreipta antena (? ?em?, ? kit? ?em?s orbitos ta?k?, ? Saul?) – tai ma?daug tas pats.

Apibendrinti. „Pionieri?“ anomalija paai?kinama paprastais paprastais rei?kiniais, o Niutono d?snio ir apskritai gravitacini? teorij? per?i?ra jai paai?kinti neb?tina.

Kas dar labiau pagerins steb?jim? tikslum?

Labai da?nai apra?omas tikslumas
ken?ia nuo netikslumo.
Dmitrijus Licha?iovas

Labai svarbu patikrinti pastovumas pagrindin?s konstantos. Nor?dami tai padaryti, jie lygina ?vairius tolimiausi? Visatos objekt? steb?jimus su steb?jimais Saul?s sistemoje, o ?ie lyginami su laboratorini? eksperiment? ?em?je rezultatais ir net su geologijos bei paleontologijos gautais duomenimis. Analizei naudojami skirtingi laiko tarpai s e skal?s, viena vertus, nulemtos kosmologin?s ir astrofizin?s evoliucijos, kita vertus, remiantis ?iuolaikiniais atominiais standartais. Be to, lyginami skirting? epoch? rei?kiniai, kurie labai priklauso nuo ?i? konstant?.

Gravitacijai pirmiausia svarbi gravitacijos konstanta. Tiksli jo reik?m? b?tina norint nustatyti konkre?ios alternatyvios teorijos parametrus ar net nustatyti jos gyvybingum? – prisiminkite Horzavos teorij?. Planet? orbit? parametr? pastovumas priklauso nuo gravitacin?s konstantos stabilumo. Saul?s sistemos tyrimai patvirtino gravitacin?s konstantos nekintamum? santykiniu 10–13–10–14 tikslumu per metus. O matavimo tikslumas nuolat ger?ja.

Kiek svarbi gravitacini? bang? paie?ka i? astronomini? ?altini? kuriant nauj? teorij?? ?ia prasme vargu ar pati gravitacini? bang? registracija i? karto suteiks daug informacijos. Ta?iau registracijos faktas pagaliau patvirtins teisingum? ?iuolaikiniai tyrimai ir bus galima atmesti visi?kai marginalias teorijas. Tik v?liau, kai bus ?manoma i?analizuoti spinduliuot?s detales (pavyzd?iui, poliarizacij?), j? bus galima panaudoti gravitacini? teorij? atrankai ar modifikavimui. Gravitacin?s spinduliuot?s grei?io nustatymas taip pat apribos alternatyvias teorijas, tokias kaip masinis gravitonas; ir tt

Ar norint sukurti nauj? teorij? reikia ka?kokio eksperimentinio prover?io ar rinktis i? jau sukurt?? Taip, ?inoma, reikia nauj? ir tikslesni? empirini? duomen?. Ta?iau tai nereik?t? vadinti prover?iu, o grei?iau nuosekli? pastang? rezultatu. Situacija tokia: per pastaruosius 100 met? matavim? tikslumas padid?jo 3–4 dyd?iais. ?iuolaikin?s technologijos Jie ?ada ?ymiai pagreitinti proces?. ?vairiais vertinimais, tikimasi, kad per artimiausius 25–30 met? tikslumas padid?s dar 3–5 dyd?iais. Ir tai, remiantis daugeliu prognozi?, duoda pagrind? (ir mes tai band?me parodyti), jei ne ateinan?iais metais, tai per ateinan?ius 10–20 met?, tik?tis steb?tinai ?domi? ir svarbi? atradim?. Be to, dauguma tyrin?toj? mano, kad tokio tikslumo padid?jimo pakaks naujai teorijai nustatyti.