Гравитация, космология и фундаментальные поля. Рубрика в журнале - Пространство, время и фундаментальные взаимодействия
The field-theoretic approach in general relativity and other metric theories. A review
Статья обзорная
The representation of General Relativity (GR) and other metric theories of gravity in field-theoretic form on a background is reviewed. The gravitational field potential (metric perturbation) and other physical fields are propagated in an auxiliary background spacetime, which may be curved and may lack symmetries. Such a reformulation of a metric theory is exact and generally equivalent to its initial formulation in the standard geometrical form. The formalism is Lagrangian-based, in that the equations for the propagating fields are obtained by varying the related Lagrangian, as are the background field equations. A new sketch of how to include spinor fields is included. Conserved quantities are obtained by applying the Noether theorem to the Lagrangian as well. Conserved currents are expressed through divergences of antisymmetric tensor densities (superpotentials), connecting local perturbations with quasi-local conserved quantities. The gauge dependence due to the background metric is studied, reflecting the so-called non-localizability of gravitational energy in exact mathematical expressions formally, an infinity of localized energy distributions that, combined with the material energy, satisfy the continuity equation...
Бесплатно
Weak gravitational waves and Petrov classification
Статья научная
It is considered the problem of a superposition of the Weyl matrices with different canonical bases as sum these matrices with a point of view of Petrov’s algebraic classification of gravitational fields. Weyl matrices are close connected with the algebraic classification. Such superposition of the Weyl matrices has physical interpretation in superposition of weak gravitational fields and may be used for getting resulting gravitational field. An example of an investigation there is sum of two Weyl matrices for two gravitational plane waves of type by Petrov classification. In linear approximation we get a new resulting solution of the Einstien equations with traceless energy-momentum tensor which is nilpotent matrix of index three. The energy-momentum tensor of the electromagnetic high frequency radiation is the nilpotent matrix of index two. The optical expansion scalars; the optical scalars describing rotation and shear of new congruences in resulting gravitational field vanish. Thus the congruence with tangent eigenvector of energy-momentum tensor in the first approximation behaves as a laminary flow of perfect fluid similarly as free electromagnetic radiation.
Бесплатно
Weyl geometry and cosmological particle creation
Статья научная
These are lectures for students at the summer school conducted by the Faculty of Fundamental Sciences, Bauman Moscow State Technical University at 2022.
Бесплатно
Алгебродинамика: кватернионный анализ, комплексная струна и единая мировая линия
Статья научная
Представлена оригинальная версия некоммутативного анализа над матричными алгебрами, в частности над алгеброй бикватернионов (B). Показано, что каждая B-дифференцируемая функция порождает бессдвиговую изотропную конгруенцию (БИК) на векторном B-пространстве ❈M и на его подпространстве Минковского M. Используя соответствие Керра-Пенроуза между БИК и твисторными функциями, получено общее решение уравнений B-дифференцируемости (т.е. обобщение уравнений Коши-Римана в комплексном анализе) и показано, что источником каждой БИК, в общем случае, является комплексная струна в ❈M. Каждая сингулярная точка каустики БИК принадлежит комплексному световому конусу некоторой точки генерирующей струны. Описываются симметрии и ассоциированные с БИК калибровочные и спинорные поля, в том числе два вида полей электромагнитного типа. Приводятся примеры известных и новых решений полей и сингулярных локусов БИК. В заключение описана консервативная алгебраическая динамика ансамбля тождественных точечных частиц на “единой Мировой линии” и обсуждается связь этой конструкции с концепцией “одноэлектронной Вселенной” Уилера- Фейнмана.
Бесплатно
Анализ расстояний и времени движения частиц в окрестности вращающихся черных дыр
Статья научная
В данной работе проанализированы расстояния от горизонта событий конкретных черных дыр (от звездной до сверхмассивной) до некоторой точки в аккреционом диске, на которых можно смело использовать евклидову геометрию.В результате оказывается, что в общем случае на расстояниях порядка гравитационного радиуса от горизонта событий отличия применяемой метрики от евклидовой несущественны. И что интересно, в окрестности вращающихся черных дыр искривление пространства-времени меньше, чем в окрестности статических.Также рассмотрено время движения частицы от точки вблизи горизонта событий черной дыры, где имеется резонанс BSW, до точки в аккреционном диске. И, как оказалось, это время принимает разумные значения. Например, для сверхмассивной черной дыры, масса которой около восьми масс Солнца, это время составляет примерно 125 часов, а для звездной, масса которой равна трем массам Солнца, - доли секунд (0. 013 с).
Бесплатно
В память о Пустовойте Владиславе Ивановиче
Статья обзорная
В настоящей статье представлен краткий очерк биографии дважды лауреата Государственных премий СССР и трижды Государственных премий Российской Федерации.
Бесплатно
Гало Бозе-конденсата темной материи с невырожденной компонентой
Статья научная
Галактическое гало темной материи рассматривается как слабо неидеальный разреженный Бозе-газ. Внутреннюю область гало занимает ядро, в котором одна часть бозонов образует конденсат Бозе-Эйнштейна, а другая остается в невырожденном состоянии. Невырожденная компонента описывается как газ элементарных возбуждений в приближении Хартри-Фока-Боголюбова, которое позволяет учесть весь энергетический спектр квазичастиц. Вокруг ядра находится облако неконденсированных бозонов. Численные решения уравнений, описывающие распределение плотности темной материи, показывают, что радиус гало может значительно меняться в зависимости от доли частиц в конденсате, в то время как размер самого конденсата остается практически постоянным. Когда размер конденсата сравним с размером гало, невырожденная компонента, из-за ограничения на отношение сечения рассеяния к массе частиц темной материи, не дает заметного вклада в профиль плотности и кривые вращения по сравнению с моделями, где гало целиком состоит из конденсата. Показано, что бозоны с массой ~ 100 эВ не нарушаютэтого ограничения, если образуют относительно небольшие «капли» конденсата (их радиус порядка 100 астрономических единиц) внутри гало, состоящего из неконденсированных частиц.
Бесплатно
Статья научная
Сформулирована математическая модель эволюции плоских возмущений в космологической двухкомпонентной статистической системе полностью вырожденных скалярно заряженных фермионов с асимметричным скалярным Хиггсовым взаимодействием. Построена полная замкнутая система дифференциальных уравнений, описывающих невозмущенное состояние однородной и изотропной системы, и система самосогласованных эволюционных уравнений малых возмущений. Найдены и исследованы решения системы эволюционных уравнений в коротковолновом приближении. Показано, что в такой системе возникают неустойчивые коротковолновые моды возмущений. Выявлены и определены области неустойчивости коротковолновых возмущений и установлено соответствие модели ранее изученным моделям.
Бесплатно
Динамика пыли вблизи тяготеющего центра. Интегралы движения
Статья научная
Рассматривается классическая модель динамики пыли вблизи тяготеющего центра во вращающейся системе отсче- та. Задача решается методом характеристик. Вычисляются интегралы движения на характеристиках в явном виде и устанавливается их роль для различных типов постановок задачи. Приводятся конкретные примеры построения ре- шений для некоторых простых задач, в частности, для кольцевых структур в пылевых дисках и формальная модель формирования джетов.
Бесплатно
Дискретная модель пространства-времени и бинарная предгеометрия владимирова
Статья научная
Рассматривается дискретная модель пространства-времени, которая представляет собой ориентированный ациклический граф. Рассматривается частный случай конечного, связного, ориентированного ациклического графа, названный x-графом, в котором полустепени захода и исхода не превышают двух. Вершины идентифицируются с элементарными событиями, а ориентированные ребра - с элементарными причинно-следственными связями. И вершины, и ребра считаются неделимыми первоэлементами, не имеющими внутренних свойств. Все свойства заключены в топологии x-графа. Так элементарная частица (точнее ее мировая линия) предполагается последовательностью квазиповторяющихся структур x-графа. Имеется две основные задачи. Первая заключается в построении динамики модели и в настоящей работе не рассматривается. Вторая задача заключается в идентификации структур x-графа с физическими объектами, а топологических характеристик - с физическими величинами, для чего необходимо установить соответствие с квантовым описанием...
Бесплатно
Еще раз о Фридмана-подобной модели открытой вселенной с давлением
Статья научная
На основе предложенного ранее метода получения точных решений космологических уравнений, исходя из решения Фридмана для открытой Вселенной в записи Фока, продолжено исследование по нахождению фридмана-подобных решений, в частности, отвечающих дискретному набору значений функции состояния, имеющих физическую интерпретацию. Новая переменная, через которую теперь записаны основные урав- нения, тесно связана с решением Фридмана для открытой Вселенной, заполненной некогерентной пылью, и даже совпадает с этим решением для конкретного значения используемого в работе параметра. Иссле- дование использует подход, разработанный в предыдущих работах и позволяющий свести моделирование открытой Вселенной, описываемой конформно-плоской метрикой, к задаче о механическом движении ча- стицы в заданном силовом поле. Применение линейной силовой функции с переменным коэффициентом, позволяет найти класс решений, зависящий от параметра, ряд рациональных значений (и одно беско- нечное) которого позволяет получить несколько физически интерпретируемых решений с фридмановской асимптотикой. Соответствующие значения функций состояния в начальный «момент» для модели дискрет- ны и совпадают с известными уравнениями состояния среды. Полученные решения вместе с функциями состояния представлены в двух таблицах и трех графиках.
Бесплатно
Заполненное пространство, логика и парадокс дедушки
Статья научная
Разрешается противоречие заполненного пространства в Мире Минковского и пустого пространства- времени посредством применения интуиционистской логики. Неклассическая логика раскрывает множественность пространств-времен. Решение парадокса дедушки.
Бесплатно
Инфлатон и поле Хиггса в конформной теории супергравитации
Статья научная
Известно, что в суперсимметричных теориях поля Хиггса могут давать ненулевой вклад в энергию вакуума, поэтому они должны учитываться в космологических моделях, которые строятся в рамках теории супергравитации. Целью данной работы является построение конформно инвариантной суперсимметричной полевой модели, описывающей феномен темной энергии и включающей в себя поля Хиггса, обеспечивающие механизм спонтанного нарушения электрослабой симметрии в соответствии с экспериментальными данными, предсказанными стандартной моделью физики элементарных частиц. Было построено действие конформной супергравитации, представляющее собой конформное обобщение минимально суперсимметричной стандартной модели и описывающее взаимодействие поля Хиггса с инфлатонным полем. Исследуется современная стадия расширения Вселенной. Показано, что в данной теории может быть получено космологическое решение, согласующееся с законом Хаббла. Найдены массы всех бозонов Хиггса. Константы связи теории подбираются таким образом, чтобы значение постоянной Хаббла, а также массы и заряды всех частиц стандартной модели соответствовали данным наблюдений и экспериментов.
Бесплатно
Исследование несоответствий наблюдательных данных в космологии на примере параметра Хаббла
Статья научная
В работе рассматривается актуальная и к настоящему времени нерешенная проблема современной астрономии и космологии, связанная с определением величины современного значения параметра Хаббла 𝐻0, который характеризует темп расширения Вселенной. Существует необъясненное статистически значимое несоответствие в наблюдательных данных, относящихся к “ближней Вселенной” при малых красных смещениях, и к “дальней Вселенной” (поверхность последнего рассеяния). Во введении к работе дан большой обзор состояния проблемы (проблема “Hubble tension”). В работе введены и исследованы модификации уравнения состояния темной энергии, полученные путем введения нелинейной зависимости параметра уравнения состояния от времени, что обобщает современные подходы по объяснению расхождения величины 𝐻0. Исключен ряд моделей, что дает ограничения на вид параметра уравнения состояния.
Бесплатно
К выводу уравнений гравитационного поля вf (R) гравитации с кинетическим скаляром кривизны
Статья научная
В данной работе приводится техника варьирования действия f (R) теории гравитации в метрическом фор- мализме; детально разобран метод Гиббонса - Йорка - Хоукинга для устранения граничного интеграла. Подробно приведен вывод полевых уравнений f (R) теории гравитации. Получены ковариантные полевые уравнения f (R) теории гравитации с кинетическим скаляром кривизны, то есть модели, основанной на)интеграле действия: S = r d 4 xv-g (R, j R, j X (R) + f (R + Smat t er.
Бесплатно
Статья научная
В статье исследуются на основе качественного и численного анализа космологические модели, основанные на асим- метричном скалярном дублете, состоящем из классического и фантомного скалярного полей. Наличие фантомного скалярного поля позволяет рассматривать и классические скалярные поля с притяжением одноименно скалярно заряженных частиц, что существенно расширяет многообразие поведений космологиических моделей. Показано, что космологическая модель, основанная на асимметричном скалярном дублете, в случае минимального взаимодей- ствия иммет 9 особых точек, из которых 2 точки являются притягивающими, остальные точки являются неустой- чивыми седловыми. Показано, что наличие даже весьма слабого фантомного поля существенно изменяет динамику космологической модели.
Бесплатно
Статья научная
На основе качественного анализа и численного моделирования космологических моделей с классическими и фантомными скалярными полями с самодействием выявлены и уточнены их отличительные особенно- сти, а также потенциальные возможности их использования в качестве базовых моделей в космологии.
Бесплатно
Статья научная
В статье обсуждаются недостатки классического подхода к конструированию машины времени, основанного на идее использовать замкнутые времениподобные кривые. Говорится о необходимости использовать квантовую механику. Дается аксиоматика квантовой механики, принадлежащая А.Д. Александрову. Приводятся различные конструкции так называемой квантовой машины времени: эффективная машина времени Светличного, использующая квантовую телепортацию, квантовая AAPV-машина времени, машина времени Грея, не-Г¨еделевская машина времени. Демонстрируется, как в с помощью квантовых машин времени разрешаются временные парадоксы.
Бесплатно
Квантовая хромодинамика и гиперболическая унитарная группа SUh(3)
Статья научная
В работе показывается, что квантовую хромодинамику как строгую теорию естественно строить на основе использования гиперболической унитарной группы 𝑆𝑈ℎ(3), являющейся группой симметрии трёхмерного комплексного пространства гиперболического типа. Такой подход позволяет обнаружить глубокую связь между сохраняющимися цветовыми зарядами кварков и симметриями гиперболического трёхмерного комплексного пространства, а также математически корректно ввести эрмитовы операторы, описывающие восемь глюонов - переносчиков сильных взаимодействий.
Бесплатно
Киральные само-гравитирующие модели: точные решения и вычисление космологических параметров
Статья научная
В представленной лекции рассматриваются киральные само-гравитирующие модели; их включение в полевые теории и построение на основе нелинейной сигма модели с потенциалом взаимодействия. Рассматриваются терминологические аспекты нелинейной сигма модели, её связь с гармоническими отображениями и успехи двухмерных моделей как физической теории элементарных частиц. Затрагивается проблема построения четырехмерной киральной модели, которая была решена за счет включения гравитационного взаимодействия бозонов. Кратко (со ссылкой на соответствующую литературу) упоминаются методы построения точных решений в киральных само-гравитирующих моделях. Отмечается значительный интерес к модифицированным теориям гравитации и в качестве примера такой теории рассматривается теория гравитации с высшими производными второго порядка по скалярной кривизне. Подробно описывается процедура перехода от теории гравитации вида 𝑓(𝑅, (∇𝑅)2,□𝑅) к теории гравитации с неминимальным взаимодействием (без высших производных). Также представлен детальный анализ перехода от упрощенной модели 𝑓(𝑅, (∇𝑅)2) к эйнштейновской гравитации со скалярными полями и, затем, к её представлению в форме киральной само-гравитирующей модели. Отмечается проблема сопоставления предсказаний теории с наблюдательными данными в случае нескольких скалярных полей в инфляционной модели. В качестве примера разрешить эту проблему предлагается построить однополевую модель, используя линейную связь между полями. Представлено построение такой однополевой модели и описан метод Иванова - Салопека - Бонда построения точных решений уравнений космологической динамики. Описан алгоритм вычисления космологических параметров на примере массивного скалярного поля. Отмечается возникшая возможность использовать связи между полями для согласования по массам конкретных элементарных частиц.
Бесплатно
