A gravitáció mágneses elmélete. Relativisztikus gravitációs elmélet

A kvantumfizika fejlődésével a tudósok egyre többet tanulnak a fekete lyukakról, a sötét anyagról, a sötét energiáról és más kozmikus jelenségekről. Az új felfedezéseket egyre nehezebb beilleszteni a gravitáció fogalmába.

Az alábbiakban kilenc tudós alternatív nézetei vannak a gravitációról.

1. Thomas Townsend Brown és a gravitációt ellenző eszköz

Thomas Townsend Brown fizikus (1905-1985) kutatást végzett az amerikai haditengerészet és a védelmi minisztérium számára. Később tanácsadóként dolgozott a légi közlekedésben.

Létrehozott egy eszközt, amelyet "gravitátor" néven szabadalmaztattak. Szerinte találmánya megcáfolta a gravitációt, és néhány tudós egyetért ezzel az állítással. A nagyfeszültségű töltés hatására a gravitáció modern felfogása alapján nem magyarázható módon mozgott.

A szabadalmi bejelentésben Brown azt írta, hogy a gravitátor az univerzumhoz képest nyugalomban működik. Ez ellentmond Albert Einstein speciális relativitáselméletének, amely szerint egy erőnek ugyanúgy kell hatnia bármely vonatkoztatási rendszerre. A gravitátor megcáfolta Newton harmadik törvényét is, amely kimondja, hogy minden cselekvéshez egyenlő és ellentétes reakció jár.

1930-ban Edward Deeds ezredes ezt írta: „Néhány tudós meglátta a gravitátort, és elcsodálkoztak a működésén, és őszintén kijelentették, hogy a gravitátor mozgását teljesen lehetetlen megmagyarázni a fizika ismert törvényeivel.”

Egyesek azt mondták, hogy a gravitátor mozgását ionos szél hajtja, ami azt jelenti, hogy az ionizált részecskék erőt hoznak létre. Paul A. LaViolette azok közé tartozott, akik nem értettek egyet ezzel a magyarázattal.

„A tolóerő mérései azt mutatták, hogy a Brown elektromos korongját felemelő erő csaknem 100 milliószor nagyobb, mint amit az ionszél produkálna” – írta LaViolette a Secrets of Antigravity Propulsion című könyvében.

2. Paul A. LaViolette: A kormány titokban épít egy antigravitációs hajót?

LaViolette a Portlandi Egyetemen doktorált, jelenleg pedig a Starburst Foundation, egy interdiszciplináris kutatóintézet elnöke. Ezt írja könyvében: „Az elmúlt évtizedek során az Egyesült Államokban és más országokban titkos repülési programok olyan repülőgépet fejlesztettek ki, amely képes legyőzni a gravitációt. Ezek az egzotikus technológiák egy viszonylag kevéssé ismert kutatási területhez, az elektrogravitikához tartoznak.

LaViolette nyomon követte az ipar fejlődését a Tesla korszakától Brownig a 20. század első felében. Brown elméletei szerint az elektrosztatikus és a gravitációs mezők egységesek, magyarázza LaViolette.

Az elektrogravitációs hatást figyelmen kívül hagyják, mert „ilyen jelenségre nem számít a klasszikus elektrosztatika vagy az általános relativitáselmélet” – írja LaViolette.

3. NASA a sötét anyagról

Ez a kép a sötét anyag, a galaxisok és a forró gáz eloszlását mutatja az Abell 520 galaxishalmaz közepén, amelyet egy hatalmas galaktikus ütközés hozott létre. Fotó: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee a Kaliforniai Egyetemen, A. Mahdavi pedig a San Francisco Állami Egyetemen

A tudósok tudják, hogy az Univerzum egyre gyorsabban tágul. Úgy vélik, hogy a sötét anyag okozza ezt a tágulást, de nem tudják pontosan, mi az. Úgy gondolják, hogy ez megcáfolhatja Einstein gravitációs elméletét.

A NASA sötét anyagról szóló jelentése szerint fennáll annak a lehetősége, hogy "Einstein gravitációs elmélete téves".

„Nemcsak az Univerzum tágulását befolyásolja, hanem meghatározza a galaxisokban és galaxishalmazokban előforduló közönséges anyagok viselkedését is” – áll a jelentésben. - Talán egy új gravitációs elmélet megoldást jelenthet a fekete anyag problémájára. Megfigyelhetjük a galaxisokat, amelyek halmazokat alkotnak. De ha kiderül, hogy szükség van egy új gravitációs elméletre, nem lehet tudni, hogy milyen formában lesz.

4. Tom van Flandern a gravitáció sebességének problémájáról

Tom van Flandern (1940-2009) 1969-ben szerzett PhD fokozatot csillagászatból a Yale Egyetemen. Nem utasította el teljesen az általános relativitáselméletet, de úgy vélte, hogy problémák vannak vele. Einstein elmélete „inkább hiányos, mint téves” – írta a „The Speed ​​of Gravity” című cikkében. Mit mondanak a kísérletek?", amely a Physics Letter A-ban jelent meg 1998-ban.

Felvetette a gravitáció sebességének kérdését. Newton klasszikus gravitációs elméletében a gravitáció sebessége nincs meghatározva. És az általános relativitáselméletben a gravitáció fénysebességgel bír, magyarázza Van Flandern. Azt mondja, hogy tudományos körökben inkább megkerülik ezt a vitát.

„Számos kérdésben pontosan ugyanaz a dilemma merül fel” – írja. - Miért mozognak a Nap fotonjai olyan irányba, amely nem párhuzamos a Föld Naphoz viszonyított gravitációs gyorsulásának irányával? Miért éri el a tetőpontját a Hold melletti teljes napfogyatkozás, mielőtt a Nap és a Hold gravitációs ereje kiegyenlítődik? Hogyan jósolják meg a bináris pulzárok jövőbeli helyzetüket, sebességüket és gyorsulásukat gyorsabban, mint amennyit a közöttük lévő fényidő megenged? Miért van a fekete lyukaknak gravitációja, noha semmi sem tudja legyőzni őket, mert ahhoz a fénysebességnél nagyobb sebességre lenne szükség?

5. Wilian H. Cantrell: Einstein elmélete nem lép túl a logikai körön

Dr. William H. Cantrell az MIT Lincoln Laboratory technikai személyzetének tagja. Korábban a Texasi Egyetem Elektronikai Mérnöki Tanszékének docense.

A New Energy Foundation (NEF) non-profit szervezet által kiadott Infinite Energy folyóiratban a relativitáselmélet nem szokványos nézetét mutatta be.

Cantrell ezt írja: „A relativitáselmélet óriási hatással volt a 20. századi fizikára, ez vitathatatlan tény. Einstein elméletét az egész világon csodálják az általa vezetett ragyogó felfedezések miatt. Vannak azonban másként gondolkodó tudósok csoportjai, akik nyíltan elutasítják, és még nagyobb kutatócsoportok is ellenségesek vele szemben, bár nincsenek tisztában az alternatív megközelítésekkel.”

"Ennek az ellenségeskedésnek az az oka, hogy Einstein kölcsönvette Lorentz és Poincaré matematikáját, és ez lehetővé tette számára, hogy módosítsa a hosszúság és idő mérési rendszerét azáltal, hogy a fénysebességet minden megfigyelő számára állandóvá tette."

„Ilyen helyzetben a racionális gondolkodóknak rohanniuk kellene alternatív ötleteket keresniük. De miért próbáljuk megcáfolni egy ilyen sikeres elméletet? Nos, először is, hogy megértsük és leírjuk, hogyan működik a természet valójában. Másodszor pedig új áttörést elérni a nem szándékos akadály eltávolítása után.”

Cantrell és a hozzá hasonló tudósok úgy vélik, hogy Einstein elmélete nem lépi túl a logikai kört. Ezt a következő példával magyarázta: „Feltételezhető, hogy a Földnek van egy második Holdja, amely egy különleges zöld sajtból készült, amely átlátszó a fény számára.”

„Természetesen ez hülyeségnek hangzik, de ezt az állítást kísérletileg nem lehet megcáfolni. Einstein relativitáselméletének ugyanez a problémája."

6. Ruggero Maria Santilli: a relativitáselmélet ellentmond a kvantumelektrodinamikának

Ruggero Maria Santilli a nápolyi és a torinói egyetemen tanult, vendégtanárként dolgozott a Harvardon, majd megalapította az Elméleti Kutatóintézetet. Santilli kilenc eltérést sorol fel Einstein általános relativitáselmélete és a jelenlegi tudományos ismeretek között. Némelyikük problémákat vet fel a gravitáció klasszikus megértése szempontjából.

Az egyik fő ellentmondás az, hogy Einstein gravitációs magyarázata nem egyezik a kvantumelektrodinamikával – írja Santilli 2006-os „Kilenc tétel az általános relativitáselmélet inkonzisztenciájáról” című tanulmányában.

„Nem szabad elfelejteni, hogy a kvantumelektrodinamika a történelem egyik legjelentősebb és kísérletileg bizonyított tudományos elmélete. Nyilvánvaló, hogy az a széles körben elterjedt nézet, amely szerint Einstein gravitációról alkotott nézete végleges, tudománytalan megközelítés” – írja.

A folyóirat olyan cikkeket közöl, amelyek megkérdőjelezik Einstein általános és speciális relativitáselméletét. A folyóirat szerkesztési politikája a következőképpen fogalmazódik meg: "A folyóirat figyelmet fordít azokra a jelentésekre, amelyek megerősítik, hogy Einstein elméletei túlságosan bonyolultak, csak a fizika szűk területein igazolódnak, és logikai ellentmondásokhoz vezetnek."

Tom Bathell

Tom Bathall nem tudós, de az American Spectator vezető szerkesztőjeként alternatív elméleteket kutatott. „A relativitás újragondolása” című cikkében ezt írja: „Az elfogadható elméletek kiválasztásakor gyakran az egyszerűség a fő kritérium. A világ Ptolemaioszi rendszere egy bonyolultabb változatban pontosan meg tudja jósolni a bolygók helyzetét. A heliocentrikus világrendszer azonban sokkal egyszerűbb, ezért inkább azt részesítjük előnyben.”

Idézte Clifford M. Willt, a Washingtoni Egyetemről, a relativitáselmélet egyik vezető szószólóját. „Nehéz elképzelni az életet a speciális relativitáselmélet nélkül... Képzeljük csak el világunk összes jelenségét, amelyben nagy helyet foglal el. Atomenergia, a híres E=mc2 egyenlet, amely megmutatja, hogyan alakul át a tömeg óriási mennyiségű energiává.

Bathall szerint a korlátozások "szerepet játszanak". Bethell ezt írja: „Ha egy új elmélet „pótolhatatlannak” tűnik, azonnal hibásnak fogják nevezni.

7. Joseph Polchinski: kétségek és kérdések

Polchinski József. Fotó: Lubos Motl

Joseph Polchinski, a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem Kavli Elméleti Fizikai Intézetének elméleti fizikusa a gravitáció gondolatát tárgyalja a fekete lyukakkal kapcsolatban. Eintain elmélete szerint a fekete lyukaknak óriási gravitációs erővel kell rendelkezniük.

A híres tudós, Stephen Hawking a 70-es években kijelentette, hogy az anyag kiszivároghat a fekete lyukakból, ami paradoxon.

Ahogy a cikk első részében említettük, van Flandern feltette a kérdést: "Hogyan van gravitációja a fekete lyukaknak annak ellenére, hogy semmi sem tudja legyőzni őket, mert ehhez a fénysebességnél nagyobb sebességre lenne szükség?"

Polchinski a PBS-nek azt mondta, miután Hawking megvitatta a fekete lyukakkal kapcsolatos új elméleteket: "Lehetséges, hogy a kvantummechanikával és a gravitációval kapcsolatos hiedelmeink némelyike ​​téves, és megpróbáljuk kitalálni, hogy melyik."

„Ez egy nehézség, de reméljük, hogy ez a nehézség lehetővé teszi számunkra, hogy előrelépjünk” – mondta.

8. Eric Verlinde: „rossz haj nap” elmélet

Erik Verlinde professzor a húrelmélet elméleti fizikusa és az Amszterdami Egyetem Elméleti Fizikai Intézetének professzora.

A gravitációt a termodinamika törvényeinek és olyan tényezők hatásának tekinti, mint a hőmérséklet, nyomás és szerkezet. A gravitáció érzékelése, például a fáról leeső alma a természet rendezetlenségét maximalizáló tulajdonságával függ össze.

A New York Times egyik 2010-es cikke a "rossz haj napjának" elméleteként írja le ötletét. A haj göndörödik a melegben és a páratartalomban, több lehetőség van a göndörítésre, mint az egyenesre, a természet pedig szereti a variációt. Hasonló elvek vonatkoznak a tárgyak térbeli elosztására is, véli Verlinde.

"Régóta tudjuk, hogy a gravitáció nem létezik" - mondta Verlinde a New York Timesnak. – Ideje ezt nyilvánosan bejelenteni.

9. Juan Maldacena: "Einstein elméletét valami kvantummechanikával kellene helyettesíteni"

Juan Maldacena. Fotó: Wikimedia Commons

1997-ben Juan Maldacena elméleti fizikus, jelenleg a Princeton Institute for Advanced Study professzora, kidolgozott egy elméletet, amely az univerzumot nagyon finom rezgő húrok gyűjteményeként tekinti. Ezek a húrok hozzák létre a gravitációt. A húrok egyfajta hologram, amely egy alacsonyabb dimenziós térrendszerből vetítődik, amely egyszerűbb, laposabb és nincs gravitációja.

A Learner.org oktatási forráson közzétett interjúban Maldacena a következőket mondta: „Úgy gondoljuk, hogy Einstein általános relativitáselméletét valami kvantummechanikus dologra kell felváltani, amikor olyan témákról beszélünk, mint az ősrobbanás kezdete vagy a fekete lyukak szerkezete. ahol az anyag az idő-tér egy nagyon kis tartományában bomlik, és az ott zajló dolgokat nem lehet klasszikus elméletekkel leírni. Ilyen esetekben kvantummechanikát kell alkalmazni. A húrelmélet fejlesztés alatt áll, a kvantummechanikai idő-tér leírására hozták létre."

*Fényt egy ember ugrókötelezve a Shutterstockból

angol változat

Telepítenél egy alkalmazást a telefonodra az epochtimes webhely cikkeinek olvasásához?

Einstein általános relativitáselmélete adja meg a gravitáció általánosan elfogadott magyarázatát. Az általános relativitáselméletnek azonban számos problémája van, amelyek arra kényszerítenek bennünket, hogy alternatív gravitációs elméleteket keressünk. Valójában az a helyzet alakult ki, hogy a gravitációelmélet területén a tudomány két klánra oszlik, amelyek gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Anatolij Logunov, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa arról beszél, hogy a gravitáció relativisztikus elmélete hogyan építi fel a világot, módosítva az általános relativitáselmélet törvényeit. 2003.01.21. (krónika 00:46:00)

Munkaanyagok

Téma áttekintése:

Alternatív gravitációs elméletek. A klasszikus gravitációs elmélet, amelyet Newton egyetemes gravitációs törvénye fejez ki, nem bizonyult teljesen pontosnak erős gravitációs mezők esetén. Ez azonban a legkevésbé sem akadályozza meg abban, hogy olyan esetekben használják, ahol a pontossága elegendő.

Az Albert Einstein által 1915-ben megalkotott általános relativitáselmélet (GR) ma a gravitáció általánosan elfogadott elmélete. Azonban számos problémája van, amelyek arra kényszerítenek bennünket, hogy alternatív gravitációs elméleteket keressünk.

Az egyik fő probléma az, hogy klasszikus formájában az általános relativitáselmélet összeegyeztethetetlen a kvantumtérelméletekkel, amelyek a másik három alapvető fizikai kölcsönhatást írják le. (Igaz, a közelmúltban olyan hírek érkeztek, hogy történt némi előrelépés ebben az irányban.)

További probléma, hogy a gravitáció a téridő görbületeként ír le, az általános relativitáselmélet feladja a téridő homogenitásának tulajdonságát, és ezen a tulajdonságon alapulnak az energia- és impulzusmegmaradás törvényei.

Az általános relativitáselmélet harmadik problémája szintén az energiához kapcsolódik, ezúttal magának a gravitációs mezőnek az energiájához. Ahhoz, hogy megértsük, mi történik, először vegyük figyelembe az elektromágneses teret. Fizikai mező lévén, maga is energiát és lendületet hordoz. Ráadásul az egyes elemi tértérfogatokban tárolt térenergia arányos a térerősség négyzetével. A referenciarendszer kiválasztásával megváltoztathatja az elektromos és mágneses mezők nagyságát a tér egy kiválasztott pontjában. Például a töltéssel együtt mozgó referenciakeret kiválasztásával annak mágneses tere nullára csökkenthető. Azonban egyetlen referenciarendszer sem képes teljesen tönkretenni az elektromágneses teret olyan ponton, ahol az egy másik referenciarendszer szempontjából nem nulla. Térjünk vissza a gravitációs térhez. Az általános relativitáselmélet alapja egy gravitációs térbe zuhanó lifttel végzett gondolatkísérlet. Azt állítják, hogy a liftben tartózkodó megfigyelő nem tud különbséget tenni a gravitációs mezőbe esés és a mezőn kívüli tartózkodás között. Vagyis egy szabadon eső megfigyelő referenciakeretében a gravitációs tér teljesen ki van zárva. Ebből az következik, hogy az általános relativitáselmélet gravitációs tere nem egy közönséges fizikai mező, amelynek bizonyos energiasűrűsége van a térben. A referenciarendszer megválasztása megváltoztathatja energiájának térbeli eloszlását. Ebben az értelemben a gravitációs mező energiájának nem lokalitásáról beszélnek az általános relativitáselméletben. Az asztrofizika területén sok szakértő ezt az általános relativitáselmélet jelentős hátrányának tartja. Ugyanakkor sok általános relativitástudományi szakember általában elutasítja ezt az állítást.

Végül talán a legnagyobb kifogás az általános relativitáselmélet ellen, hogy lehetővé teszi fekete lyukak kialakulását, amelyek középpontjában fizikai szingularitás található. A legtöbb fizikus meg van győződve arról, hogy a végtelenek megjelenése a fizikai elméletben azt jelenti, hogy túllépünk az alkalmazhatóság határain.

Az, hogy a felsorolt ​​problémák megoldást igényelnek, mindenki számára nyilvánvaló. A különböző szakértői csoportok különböző utakon próbálnak járni ebben a kérdésben. Mindazonáltal mindegyik feltételesen két csoportra osztható - azokra, akik az általános relativitáselmélet alapját képező geometriai megközelítés szerint folytatják a keresést, és azokra, akik nem hajlandók összekapcsolni a gravitációs mezőt a téridő geometriájával.

Mivel az első irány szélesebb körben képviselteti magát a modern tudományos közösségben, a második út mentén létrehozott elméleteket összefoglalóan alternatív gravitációs elméleteknek nevezzük. A leghíresebb alternatív gravitációs elméletek közé tartozik A. A. Logunov relativisztikus gravitációs elmélete (RTG). A Szentpétervári Egyetemen Yu V. Baryshev a gravitáció térelméletét (FTG) fejleszti.

Sajnos az elmúlt években meglehetősen egészségtelen helyzet alakult ki a gravitációelmélet területén. Azok a kutatók, akik továbbra is az általános relativitáselmélet szerint dolgoznak, gyakorlatilag figyelmen kívül hagyják az alternatív gravitációs elméletek területén végzett munkát, arra hivatkozva, hogy eddig minden megfigyelt tény az általános relativitáselmélet alapján magyarázható. Mindeközben munkájuk egyre inkább a tiszta matematika birodalmába kerül, és egyre kevésbé hozzáférhető a kísérleti ellenőrzés.

Ez valószínűleg annak tudható be, hogy egészen a közelmúltig a megfigyelések nem tették lehetővé a gravitációs elméletek különböző változatai közötti választást. A klasszikus relativisztikus hatások, mint például a fénysugarak elhajlása a Nap gravitációs mezejében vagy a Merkúr perihéliumának eltolódása, mindezek az elméletek ugyanúgy és első közelítéssel ugyanúgy írják le, mint az általános relativitáselmélet. Erősebb mezőkön vannak különbségek. És megnyilvánulásaik megfigyelése csak napjainkban válik lehetségessé.

A gravitációs elméletek új generációjának tesztelésére az egyik legígéretesebb tárgy a híres PSR1913+30 pulzár. Ebben a két neutroncsillagból álló közeli párban a gravitációs hullámok kibocsátása miatt igen jelentős energiaveszteségnek kell lennie. Sőt, a különböző gravitációs elméletek különböző energiaveszteség mértékét jósolják. Az elkövetkező néhány évben néhány elméletnek visszavonulnia kell az ebben a létesítményben végzett teszteredmények alapján.

Az általános relativitáselmélet fokozatosan problémákba ütközik a kozmológiai fronton. A gömbölyű csillaghalmazok életkorára vonatkozó adatok nehezen illeszthetők be az általános relativitáselméleten alapuló ősrobbanás-elmélet által meghatározott időkeretekbe. Az ősrobbanás elmélete azt jósolja, hogy az Univerzumban az anyag nagy léptékű eloszlásának egyenletesnek kell lennie. Az elmúlt években a megfigyelési adatok nyomása alatt folyamatosan nőtt az a skála, ahonnan a homogenitást meg kell figyelni.

Az alternatívák esetében sem megy minden simán. De problémáik egy kicsit más síkon vannak. A helyzet az, hogy amellett, hogy meglehetősen komoly kutatók dolgoznak ki alternatív gravitációs elméleteket, sokkal nagyobb számban élnek a világban olyan amatőrök, akik, miután nem értik az általános relativitáselmélet nagyon nem triviális matematikai apparátusát, elkezdik saját elméleteiket létrehozni. alternatívának nevezi őket. Ezek az alakok gyakran tudományos fokozattal rendelkeznek (főleg a gravitációelmélettől távol eső területeken szerezték őket), és ennek köszönhetően bekerülnek a tudományos körökbe. Cikkeket küldenek tudományos folyóiratokba, felszólalnak konferenciákon, könyveket adnak ki saját nevelésű elméleteikről, amelyek hiányosságai (ha egyáltalán beszélhetünk hiányosságokról) nem állnak arányban a fenti általános relativitáselmélet elleni állításokkal.

Sajnos az általános relativitáselmélet sok támogatója számára az ilyen elméletek ugyanúgy néznek ki, mint az alternatív gravitációs elméletek meglehetősen komoly kutatásai. Valójában olyan helyzet állt elő, amelyben az általános relativitáselmélet tévedhetetlenségének dogmája (legalábbis a mögötte álló geometriai megközelítés) érvényesül. Kiderült, hogy a gravitációs elmélet területén a tudomány két klánra oszlik, amelyek gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Ez a helyzet természetesen szomorúnak tűnik. Csak remélni lehet, hogy az új csillagászati ​​adatok robbanásszerű felhalmozódása a közeljövőben arra kényszeríti ezt a két klánt, hogy kapcsolatba lépjenek egymással.

A programhoz szükséges anyagok:

Logunov A. A. a gravitáció relativisztikus elméletéről szóló cikkeiből.

A relativisztikus gravitációs elmélet legyőzi az általános relativitáselmélet nehézségeit. Az új elmélet az anyagmegmaradás alapvető törvényein és a gravitációs tér Faraday-Maxwell típusú fizikai mezőként való felfogásán alapul. Megmagyaráz minden ismert megfigyelési és kísérleti adatot a gravitációról, és új ötleteket ad az Univerzum fejlődéséről, a gravitációs összeomlásról, a térről és az időről.

Mindenki jól tudja, hogy a minket körülvevő tér geometriája euklideszi. Megfigyelések révén fedezték fel, majd több mint 2 ezer évvel ezelőtt Eukleidész fogalmazta meg posztulátumok és axiómák formájában. Az euklideszi geometria alapjául szolgáló posztulátumok és axiómák nyilvánvaló állítások, amelyeket bizonyítás nélkül fogadunk el. Annyira természetesek, hogy szinte abszolút meggyőződés született ennek a geometriának az egyediségéről. A geométerek sok erőfeszítést tettek a posztulátumok és axiómák számának csökkentésére, minimálisra csökkentésére. Ezt úgy sikerült elérni, hogy néhányat eltávolítottak a többi közül. A matematikusok sok erőfeszítést tettek azért, hogy megszabaduljanak az ötödik posztulátumtól (egy adott egyenesen kívüli ponton keresztül csak egy egyenest lehet vele párhuzamosan húzni), de ez nem sikerült, bár a geométerek már több mint 2 éve tanulmányozzák ezt a problémát. ezer év.

A mechanika, mint a testek mozgásának tudománya rohamos fejlődésének kezdete a 17. század közepére nyúlik vissza. A korszak mechanikája kísérleti tudomány volt. A hatalmas mennyiségű kísérleti adat összegzése eredményeként I. Newton megfogalmazta három híres dinamika- és gravitációs törvényét. Ez lehetővé tette az akkori testek mozgásával kapcsolatos problémák széles körének megoldását. Euklidész geometriája Newton törvényeiben testesült meg. Lényegében ettől a pillanattól kezdve a mechanikai jelenségek tanulmányozása nemcsak a Newton-törvények, hanem az euklideszi geometria tesztjévé is vált. Ekkor azonban ez még nem valósult meg, hiszen Eukleidész geometriájához, logikai sémaként való egyediségéhez nem férhetett kétség. És csak a XIX. N. I. Lobacsevszkij, az ötödik posztulátum problémáját tanulmányozva Euklidész geometriájában, arra a következtetésre jutott, hogy azt egy új posztulátummal kell helyettesíteni: egy síkon egy egyenesen kívüli ponton keresztül legalább két olyan egyenes halad át, amelyek ezt nem metszik egy.

Célja az volt, hogy a geometriát egy új posztulátum- és axiómarendszer alapján építse fel. E program megvalósítása vezette Lobacsevszkijt a nem euklideszi geometria felfedezéséhez. Lobacsevszkij nagy felfedezést tett, de kortársai, sőt jelentős tudósok is nemcsak hogy nem értették meg, hanem ellenséges álláspontra helyezkedtek. Később Lobacsevszkij kutatásai lendületet adtak más geometriák felépítésének. Világossá vált, hogy végtelen számú geometria, mint logikai rendszer építhető fel, és csak a tapasztalat döntheti el, hogy ezek közül melyik valósul meg a körülöttünk lévő világban. A modern matematikai nyelvben a geometria szerkezetét teljesen meghatározza a szomszédos végtelenül közeli pontok távolságának négyzetének kifejezése. Az euklideszi tér derékszögű koordinátáiban ennek a távolságnak a négyzete a következő: dll = dxx + dyy + dzz.

Itt dx, dy, dz koordináta-differenciálok. Valójában ez nem más, mint a Pitagorasz-tétel a háromdimenziós tér esetére, ha Eukleidész posztulátumaiból és axiómáiból indulunk ki. Ez az egyenlőség használható az euklideszi geometria definíciójának alapjául. Ha nem derékszögű koordinátákat használunk benne, hanem más görbe vonalakat (például gömb alakú, hengeres stb.), akkor ezekben a koordinátákban a szomszédos pontok távolságának négyzete (jelöljük őket xi-vel) a következő alakot kapná: dll = ?ik(x)dxidxi. Ez a jelölési forma a matematikai nyelvben ugyanazon i és k indexek összegzését jelenti (i, k = 1, 2. 3). Az ?ik mennyiség meghatározza a geometria szerkezetét, és az euklideszi tér metrikus tenzorának nevezik. Az euklideszi geometriának van a legfontosabb tulajdonsága: mindig lehetséges a teljes térben globális derékszögű koordinátákat bevezetni, amelyekben a metrikus tenzornak csak az eggyel egyenlő átlós összetevői nem nullák. Ez azt jelenti, hogy az euklideszi tér „lapos”, vagy más szóval a görbület minden pontban nulla.

B. Riemann, N. I. Lobachevsky és K. F. Gauss ötletét kidolgozva, bevezette a geometriák egy speciális osztályát, a Riemann-féle geometriát, amely csak egy végtelenül kicsiny területen esik egybe az euklidesziekkel. Általánosította a tér görbületének alapfogalmát is. A Riemann-geometriában két szomszédos pont távolságának négyzete is dll = ?ik (x)dxidxk alakban van felírva, azzal az egyetlen alapvető különbséggel, hogy ebben nincsenek egységes derékszögű koordináták a teljes térben, amelyben a A metrikus tenzor mindenhol állandó, és átlós alakú lenne. Ez azt jelenti, hogy a Riemann-tér görbülete mindig nem nulla, és értéke a tér pontjától függ.

Milyen geometria játszódik le a természetben? Erre a kérdésre a választ csak a tapasztalatok alapján, vagyis a természeti jelenségek tanulmányozásával kaphatjuk meg. Míg a fizikában viszonylag kis sebességgel volt dolgunk, a tapasztalatok megerősítették, hogy terünk geometriája euklideszi, és az olyan fogalmak, mint a „hossz” és az „idő” abszolútak, és nem függenek a vonatkoztatási rendszertől. Az elektromágneses jelenségek, valamint a részecskék fénysebességhez közeli sebességű mozgásának vizsgálata elképesztő felfedezéshez vezetett: a tér és az idő egyetlen kontinuumot alkot; A két közeli pont (esemény) közötti távolság szerepét egy intervallumnak nevezett mennyiség játssza. Az intervallum derékszögű koordinátáiban megadott négyzetét a következő egyenlőség határozza meg: dss = ccdTT - dxx - dyy - dzz. Itt c a fénysebesség; T - idő. Az ilyen intervallum által meghatározott geometriát pszeudoeuklideszinek, az ilyen geometriájú négydimenziós teret Minkowski-térnek nevezzük. A dss intervallum négyzete lehet pozitív, negatív vagy nulla. Ez a felosztás abszolút. Az idő és a koordináták szinte egyenlően (négyzetesen) lépnek be az intervallumba, azzal az egyetlen alapvető különbséggel, hogy különböző előjelekkel rendelkeznek. Ez tükrözi az olyan fizikai fogalmak közötti mély különbséget, mint a „hosszúság” és az „idő”. Az intervallum nagysága nem függ a vonatkoztatási rendszertől, míg az idő és a hosszúság már nem abszolút fogalmak, hanem relatívak és a referenciarendszer megválasztásától függenek.

A dss intervallumnak ugyanaz a formája a referenciarendszerek végtelen osztályában, amelyek a fénysebességnél kisebb állandó sebességgel mozognak egymáshoz képest. Az ilyen vonatkoztatási rendszerek inerciálisak, mert teljesül bennük a tehetetlenségi törvény. Az egyik inerciarendszerből a másikba történő transzformációkat, megőrizve az intervallum formáját, Lorentz-transzformációnak nevezzük. A dss intervallumon alapuló inerciális referenciarendszerek osztályában megfogalmazott elméletet A. Einstein speciális relativitáselméletnek nevezte. A speciális relativitáselmélet e korlátozott ismerete széles körben elterjedt, és szinte minden tankönyvet áthatott. A speciális relativitáselmélet alapjául szolgáló fogalmak azonban pontosan érvényesek a gyorsított referenciakeretekre.

Mivel a Minkowski-tér homogén és izotróp, ezért a matematika nyelvén maximum tízparaméteres mozgáscsoporttal rendelkezik (egy négyparaméteres fordításcsoport és egy hatparaméteres forgáscsoport), és ezért a megmaradás törvényei. energia - lendület és szögimpulzus - megy végbe benne, ill. Ez azt jelenti, hogy mindig lehet találni új x* változókat, amelyek a régi x változók függvényei, így amikor rájuk lépünk, az intervallum teljesen megtartja alakját: dss = ?ik(x*)dx*idx*k. Itt az új x* változókban a metrikus tenzor?ik(x*) összes összetevője megegyezik az előzővel. Így egy intervallum alakjának invarianciája a Minkowski-térben nem csak az inerciális vonatkoztatási rendszerek osztályára vonatkozik, hanem a gyorsított referenciarendszerek egy tetszőlegesen választott osztályára is. A Minkowski-tér ezen tulajdonsága a relativitás általános elveként van megfogalmazva: „Bármilyen fizikai vonatkoztatási rendszert is választunk (inerciális vagy nem inerciális), mindig jelezhetünk más rendszerek végtelen halmazát – azokat, amelyekben minden fizikai jelenség (beleértve a gravitációsakat is) ) a kezdeti vonatkoztatási rendszerhez hasonlóan fordulnak elő, így nincs és nem is lehet kísérleti képességünk arra, hogy meg tudjuk különböztetni, hogy ebből a végtelen teljességből melyik vonatkoztatási rendszerben vagyunk." Ez azt jelenti, hogy amikor a felgyorsított vonatkoztatási rendszerekkel foglalkozunk, ne lépje túl a speciális relativitáselmélet kereteit . Ez az elv képezi a továbbiakban a gravitáció relativisztikus elméletének alapját, amelyről később lesz szó. Egyelőre rátérünk az Einstein által megalkotott gravitációs elméletre. Beszéljük meg alapelveit és nehézségeit.

A nem inerciális vonatkoztatási rendszerben egy szabad anyagi pont által tapasztalt gyorsulás a metrikus tenzor?ik első deriváltjain keresztül fejeződik ki a koordináták és az idő függvényében. Ez a tehetetlenségi erők egyetemességét tükrözi, amelyek a test tömegétől független gyorsulást okoznak. A gravitációs erők pontosan ugyanazzal a tulajdonsággal rendelkeznek, mivel a tapasztalatok szerint a test gravitációs tömege megegyezik a tehetetlenségi tömegével. A tehetetlenségi és gravitációs tömegek egyenlőségét alapvető ténynek tekintve Einstein arra a következtetésre jutott, hogy a gravitációs teret, akárcsak a tehetetlenségi erőket, metrikus tenzorral kell leírni. Ez azt jelenti, hogy a gravitációs mezőt nem egyetlen skaláris potenciál jellemzi, hanem tíz függvény, amelyek a metrikus tenzor összetevői. Ez nagy lépés volt a gravitációs erők megértésében, ami lehetővé tette Einsteinnek, miután sok évnyi gravitációs elméletet próbált felépíteni, hogy felvegye azt az elképzelést, hogy a téridő nem pszeudoeuklideszi, hanem pszeudo-riemann-i. a jövőben egyszerűen Riemann-nak mondjuk).

Einstein a gravitációs teret a Riemann-tér metrikus tenzorával azonosította. Ez az ötlet lehetővé tette D. Hilbertnek és A. Einsteinnek, hogy egyenleteket kapjanak a gravitációs térre, azaz a Riemann-tér metrikus tenzorára. Így épült fel az általános relativitáselmélet (GTR).

Einstein előrejelzése a fénysugár eltérüléséről a Nap területén, majd ennek a hatásnak a kísérleti megerősítése, valamint a Merkúr perihéliumának eltolódásának magyarázata Einstein általános relativitáselméletének igazi diadala lett. . Sikerei ellenére azonban a GTO szinte születésétől fogva nehézségekkel néz szembe.

E. Schrödinger 1918-ban kimutatta, hogy a koordinátarendszer megfelelő megválasztásával a gömbszimmetrikus testen kívüli gravitációs mező energia-impulzusát jellemző komponensek eleinte meglepőnek tűntek Einstein számára, majd később elemzésére a következőképpen válaszolt: „Ami Schrödinger megfontolásait illeti, meggyőződésük az elektrodinamikával való analógiában rejlik, amelyben bármely mező feszültsége és energiasűrűsége nem nulla. Nem találok azonban okot arra, hogy miért kellene ez a gravitációs mezők esetében. A gravitációs mezők feszültségek és energiasűrűségek bevezetése nélkül is beállíthatók. Vagy még egyszer: "...egy végtelenül kicsi tartományhoz a koordinátákat mindig meg lehet választani úgy, hogy a gravitációs mező hiányzik belőle."

Látjuk, hogy Einstein tudatosan eltávolodott a mező mint anyagi szubsztancia klasszikus felfogásától, amelyet még lokálisan sem semmisíthet meg referenciakeret választása, és ezt az erők lokális egyenértékűségének elve nevében tette. a tehetetlenség és a gravitáció, amelyet az alapelv rangjára emelt, bár a fizikai ennek nem volt és nincs oka. Mindez ahhoz a gondolathoz vezetett, hogy lehetetlen a gravitációs energiát az űrben lokalizálni.

Az előzőhöz kapcsolódó másik nehézség az energia- és impulzusmegmaradás törvényeinek megfogalmazásával kapcsolatos. Először D. Gilbert mutatott rá. 1917-ben ezt írta: „Azt állítom... hogy az általános relativitáselmélethez, azaz a Hamilton-függvény általános invarianciája esetén olyan energiaegyenletek, amelyek... megfelelnek az ortogonálisan invariáns elméletek energiaegyenleteinek (értsd: térelmélet Minkowski tér ), egyáltalán nem létezik. Ezt a körülményt akár az általános relativitáselmélet jellegzetes vonásaként is megjegyezhetném. Sajnos Hilbertnek ezt a kijelentését kortársai nem értették meg, hiszen sem maga Einstein, sem más fizikusok nem vették észre, hogy az általános relativitáselméletben az energia-impulzus és a szögimpulzus megmaradásának törvényei elvileg lehetetlenek.

De Einstein világosan megértette az anyag energia-impulzusa és a gravitációs tér megmaradásának törvényeinek alapvető jelentőségét együttvéve, ezért egyáltalán nem állt szándékában elhagyni őket. 1918-ban az általános relativitáselmélet keretein belül végzett egy tanulmányt, amelyben – mint írta – „az energia és a lendület fogalma olyan világosan kialakult, mint a klasszikus mechanikában”. Ugyanebben az évben F. Klein megerősítette Einstein eredményeit. Azóta a kérdés bemutatásakor Einsteint szó szerint követik. Úgy tűnik, hogy a probléma teljesen megoldódott, és Einstein soha nem tért vissza hozzá. A gondos elemzés azonban azt mutatja, hogy Einstein és Klein érvelése tartalmaz egy egyszerű, de alapvető hibát. Lényege abban rejlik, hogy a J? értéke, amelyet Einstein az okfejtésében azáltal operált, hogy az összetevőit energiával és lendülettel azonosította. egyenlő nullával. Einsteinnek nem volt hivatott belátnia, hogy a GTR elfogadása szükségszerűen az alapvető természetvédelmi törvények elvetéséhez vezet, és ez utóbbi, amint megmutattuk, egyenesen arra a következtetésre vezet, hogy a test tehetetlenségi tömege (a GTR-ben meghatározottak szerint) nem egyenlő az aktív gravitációs tömegével. Ez azonban azt jelenti, hogy az általános relativitáselmélet nem tudja megmagyarázni e tömegek egyenlőségének kísérleti tényét, de Einstein úgy vélte, hogy éppen ez a tény az elméletének a következménye. Kiderült azonban, hogy ez nem így van. Az általános relativitáselméletben a megmaradási törvények hiányának fő oka abban rejlik, hogy a Riemann-féle geometriában általános esetben nincs tér mozgáscsoportja, és ezért nincs megmaradási törvényekhez vezető téridő szimmetriája. És bár ez utóbbi rendkívül nyilvánvaló volt a matematikusok számára, és a fizikusok láthatóan tudtak róla, a megmaradási törvények matematikai eredetének mély megértésének hiánya azonban nem tette lehetővé, hogy levonjuk azt az egyetlen helyes következtetést, hogy nem létezhetnek megmaradási törvények. az általános relativitáselméletben. Einstein és Klein munkái, amelyekről fentebb írtunk, illuzórikus bizalmat keltettek az általános relativitáselmélet megőrzési törvényeinek jelenlétében. Ez a bizalom ma is tart. A riemanni geometria apparátusa kecsességének és szépségének köszönhetően olyan mértékben magával ragadta a gravitáción dolgozó fizikusokat, hogy szinte teljesen elválasztotta őket a fizikai valóságtól.

A matematikai konstrukciók fizikai jelentésének megadása fizikai elképzelések nélkül nagyon kétes tevékenység, de korunkban elterjedt. Így az általános relativitáselmélet elfogadása a fizika mögött meghúzódó számos alapelv elhagyásához vezet. Először is, ez az anyag energia-impulzusának és szögimpulzusának, valamint a gravitációs mezőnek együttesen fennálló törvényeinek elutasítása. Másodszor, a gravitációs mezőnek a Faraday-Maxwell típusú klasszikus mezőként való ábrázolásának megtagadása, amelynek energia-impulzussűrűsége van. Sok általános relativitáselméletben foglalkozó fizikus számára ez még mindig nem világos, míg mások hajlamosak a megmaradási törvények elutasítását az elmélet legnagyobb vívmányának tekinteni, amely megdöntötte az „energia” fogalmát. Azonban sem a makro-, sem a mikrokozmoszban nincs egyetlen kísérleti tény sem, amely közvetlenül vagy közvetve kétségbe vonná az anyagmegmaradás törvényeinek érvényességét. Ezért túl komolytalanok lennénk, ha megfelelő kísérleti okok nélkül szándékosan feladnánk ezeket a törvényeket. Természetvédelmi törvények nélkül egy elmélet nem lehet kielégítő. Az általános relativitáselmélet elutasítását a fizikai fogalmak logikája és a kísérleti tények egyaránt megszabják.

A GTR-nek, mint a gravitáció tanulmányozásának egy bizonyos fontos állomása előtt tisztelegve felvázolhatjuk a relativisztikus gravitációelmélet alapelveinek lényegét, amely alapvető megmaradási törvényekre épül.

A gravitáció relativisztikus elmélete (RTG) a következő fizikai követelményeken alapul. Elméletileg szigorúan be kell tartani az anyag és a gravitációs tér energia-impulzusának és szögimpulzusának megmaradásának törvényeit. Az anyag az anyag minden formájára vonatkozik (beleértve az elektromágneses teret is), a gravitációs anyag kivételével. A megmaradási törvények az anyag általános dinamikus tulajdonságait tükrözik, és lehetővé teszik különböző formáihoz egységes jellemzők bevezetését. Az anyag általános dinamikai tulajdonságai a tér-idő geometria szerkezetében öltenek testet. Feltétlenül kiderül, hogy pszeudoeuklideszi (más szóval, az elmélet Minkowski térben épül fel). Így a geometriát nem megegyezés határozza meg, ahogy Poincaré hitte, hanem egyedileg a természetvédelmi törvények határozzák meg. A Minkowski-térnek, mint már említettük, van egy négyparaméteres fordításcsoport és egy hatparaméteres elforgatáscsoport. Ez az álláspont gyökeresen megkülönbözteti az RTG-t az általános relativitáselmélettől, és teljesen kivon minket a riemanni geometriából. A gravitációs teret szimmetrikus tenzor írja le, és egy valós fizikai tér energiával és impulzussűrűséggel. Ha ehhez a mezőhöz részecskék (mezőkvantumok) vannak társítva, akkor nyugalmi tömegük nulla legyen, mivel a gravitációs kölcsönhatás nagy hatótávolságú. Ebben az esetben a gravitációs tér valós és virtuális kvantumainak lehetnek 2-es és 0-s spinű állapotai.

A gravitációs térnek ez a definíciója visszaadja neki a fizikai valóságot, mivel az már lokálisan sem semmisíthető meg a referenciarendszer megválasztásával, ezért nincs (még lokális) ekvivalencia a gravitációs tér és a tehetetlenségi erők között. Ez a fizikai követelmény alapjaiban különbözteti meg az RTG-t az általános relativitáselmélettől. Einstein az általános relativitáselméletben a gravitációt a Riemann-tér metrikus tenzorával azonosította, de ez az út a gravitációs mező mint fizikai tér fogalmának elvesztéséhez, valamint a megmaradási törvények elvesztéséhez vezetett. A GTR ezen rendelkezésének elutasítását elsősorban az a vágy diktálja, hogy a gravitációelméletben megőrizzék ezeket az alapvető fizikai fogalmakat.

Maxwell egyenletrendszere az elektromágneses térre és az RTG egyenletekre. Hasonlóságuk az RTG egyik fő rendelkezését tükrözi, amely szerint a gravitációs mezőt energia- és impulzussűrűségű fizikai mezőnek tekintik. Ehelyett a geometriázás elve kerül be az elméletbe ami a következő: a gravitációs tér kölcsönhatása az anyaggal egyetemességéből adódóan úgy írható le, hogy a Фik tenzoros gravitációs teret a Minkowski-tér metrikus tenzor?ikjához kapcsoljuk. Ez mindig megtehető, hiszen függetlenül attól, hogy az anyag milyen formáját választjuk, a kezdeti fizikai egyenletek tartalmazni fogják a Minkowski-tér metrikus tenzorát. Nem is lehet másként, hiszen a fizikai folyamatok időben és térben mennek végbe.

Einstein szerint az anyag mozgása a Riemann-féle téridőben történik, de az általános relativitáselméletben nincs Minkowski tér. A geometrizálás elve szerint az anyag gravitációs tér hatására mozog a Minkowski térben. Az ilyen mozgás valóban egyenértékű valamely „hatékony” riemann térben való mozgással. Úgy tűnik, hogy a gravitációs tér megváltoztatja a fennmaradó mezők geometriáját. A Minkowski-tér jelenléte az RTG-ben lehetővé teszi, hogy a gravitációs mezőt egy közönséges fizikai mezőnek tekintsük Faraday-Maxwell szellemében, az energia-impulzushordozó szokásos tulajdonságaival.

Tehát nem az anyag mozgásának sajátos fizikai megnyilvánulásai, hanem annak legáltalánosabb dinamikus tulajdonságai határozzák meg a geometria szerkezetét, aminek egy fizikai elmélet alapját kell képeznie. A relativisztikus gravitációs elméletben (RTG) a geometriát nem a fény és a teszttestek mozgásának tanulmányozása, hanem az anyag általános dinamikai tulajdonságai - a megmaradási törvényei - alapján határozzák meg, amelyek nemcsak alapvető fontosságúak. , hanem kísérletileg is ellenőrizhető. Ebben az esetben a fény és a teszttestek mozgása a gravitációs mezőnek az anyagra gyakorolt ​​egyszerű hatásának köszönhető a Minkowski térben. Így a Minkowski-tér és a gravitációs tér az eredeti, elsődleges fogalmak, a „hatékony” Riemann-tér pedig másodlagos fogalom, eredete a gravitációs térnek és az anyagra gyakorolt ​​egyetemes hatásának köszönhető. A geometrizálás elvének lényege a tehetetlenségi erők és a gravitációs mezők szétválasztásában rejlik. Ez az elválasztás azonban csak akkor valósítható meg fizikailag, ha a Minkowski-tér metrikus tenzora szerepel a gravitációs mező egyenleteiben. A GTR-ben, amint az a Hilbert-Einstein egyenletekből könnyen látható, az ilyen szétválasztás lehetetlen, mivel a riemann geometriában, amelyen a GTR alapul, nincs Minkowski tér fogalma. Ezért tévesek például azok az állítások, amelyek szerint az általános relativitáselmélet a Minkowski-tér fogalmai alapján nyerhető. A geometria elvén egyrészt teljesen kizárt Einstein azon ötlete, hogy a gravitációt a Riemann-tér metrikus tenzorával azonosítsa, másrészt Einstein riemann geometriai elképzelését fejlesztik ki. Ha a téridőt teljesen a metrikus tenzor határozza meg, akkor az anyagot az energia-impulzus tenzor jellemzi. Minden anyagforma esetében megvan a maga sajátos megjelenése. Az anyag és a gravitációs tér teljes energia-impulzus-tenzora a Minkowski-térben konzervált tenzor. A gravitáció univerzális természete miatt a gravitációs tér forrásaként kell szolgálnia az RTG egyenletekben. A relativisztikus gravitációelmélet teljes egyenletrendszere formálisan megkapható Maxwell elektrodinamikai egyenleteiből, ha a vektoros elektromágneses tér helyett az egyenletek bal oldalán a tenzoros gravitációs teret tesszük, és a megmaradt elektromágneses áramot a minden anyag energia-impulzus tenzora.

Természetesen egy ilyen következtetés egyszerűen heurisztikus eszköz, és semmiképpen sem állíthatja, hogy szigorú. De a korábban megfogalmazott RTG elveken alapuló pontos megfontolás a lokális nyomtáv invarianciával kombinálva egyértelműen egy ilyen, 14 gravitációs egyenletből álló rendszerhez vezet. Négy további RTG téregyenlet határozza meg a gravitációs tér fizikai szerkezetét, és alapvetően elválaszt mindent, ami a tehetetlenségi erőkre vonatkozik, mindentől, ami a gravitációs mezőre vonatkozik.

A maradék tíz egyenlet egybeesik a Hilbert-Einstein egyenletekkel, azzal az egyetlen alapvető különbséggel, hogy a bennük lévő mezőváltozók Minkowski-koordináták függvényei. Ez teljesen megváltoztatja fizikai tartalmukat, és megkülönbözteti őket az általános relativitáselmélet egyenleteitől. Minden egyenlet általában kovariáns, azaz a Minkowski-tér minden referenciakeretében azonos formájú, és egyértelműen tartalmazza ennek a térnek a metrikus tenzorát. Ez azt jelenti, hogy a Minkowski-tér nemcsak a természetvédelmi törvényekben, hanem a fizikai jelenségek leírásában is tükröződik. Elméletünkben minden térkomponens (elektromágneses, gravitációs stb.) Minkowski térkoordináták függvénye. Ez alapvető fontosságú. A téregyenletrendszer megoldásával megállapítjuk az „effektív” Riemann-tér metrikus tenzorának függését mind a Minkowski-tér koordinátáitól, mind a G gravitációs állandótól. A megfelelő idő (az anyaggal együtt mozgó óra által mérve) Kiderül, hogy a Minkowski-tér koordinátáitól és a gravitációs állandótól függ. Így a megfelelő idő lefutását a gravitációs mező természete határozza meg.

A Minkowski-tér metrikus tenzorának jelenléte a téregyenletekben lehetővé teszi a tehetetlenségi erők és a gravitációs erők elkülönítését, és minden esetben megtalálja hatásukat bizonyos fizikai folyamatokra. Ezért a Minkowski tér fizikai, ezért megfigyelhető.

Jellemzői szükség esetén mindig ellenőrizhetők a fényjelek és a teszttestek „hatékony” riemann térben történő mozgására vonatkozó kísérleti adatok megfelelő feldolgozásával. „Ami azt a megfontolást illeti, hogy az egyenes, mint egy fénysugár, jobban megfigyelhető – írta egykor V. A. Fok –, annak nincs jelentősége: a definíciókban nem a közvetlen megfigyelhetőség, hanem a természettel való megfelelés a döntő. , legalábbis ez a megfelelés közvetett következtetésekkel jött létre.” Így a megfigyelhetőséget nem primitíven, hanem általánosabb és mélyebb értelemben kell érteni a természethez való megfelelőségként.

Természetesen az RTG semmiképpen sem zárja ki annak lehetőségét, hogy az anyagot egy „hatékony” riemann térben leírjuk. Az RTG egyenletek tartalmazzák a Minkowski-tér metrikus tenzorát, ezért minden fizikai mezőt leíró függvény a teljes Minkowski téridőre egységes koordinátákkal van kifejezve, például Galilei (derékszögű) koordinátákkal. A Hilbert-Einstein egyenletek a gravitációs tér szerkezetét meghatározó egyenletekkel kombinálva új fizikai jelentést kapnak, miközben megváltoznak és jelentősen leegyszerűsödnek. Az anyag energia-impulzusának és a gravitációs térnek a megmaradásának törvényei együttesen az RTG egyenletek következményei, és a téridő pszeudoeuklideszi szerkezetét tükrözik. Az általános relativitáselmélet elvben a fentiek mindegyikét nélkülözi, mivel a Riemann-geometriában, ismételjük, nincs Minkowski-tér fogalma.

Most - az RTG néhány fizikai következményeiről. A 20-as évek elején A. A. Friedman a Hilbert-Einstein egyenleteket azzal a feltételezéssel oldva meg, hogy az anyag sűrűsége a tér minden pontjában azonos, és csak az időtől függ (Friedman homogén és izotróp Univerzum), felfedezte, hogy három nem modell -stacionárius Univerzum lehetséges ( Friedmann Univerzum modelljei). Az Univerzum minden típusát az adott pillanatban mért anyagsűrűség és a Hubble-állandó mérései alapján meghatározott, úgynevezett kritikus sűrűség közötti kapcsolat határozza meg. Ha az anyag sűrűsége nagyobb a kritikusnál, akkor az Univerzum zárt és véges térfogatú, de nincsenek határai. Ha az anyag sűrűsége kisebb vagy egyenlő, mint a kritikus sűrűség, akkor az Univerzum végtelen.

Arra a kérdésre, hogy ezek közül a modellek közül melyik valósul meg a természetben, az általános relativitáselmélet elvben nem tud határozott választ adni. Az RTG szerint a Friedmann-féle homogén és izotróp Univerzum végtelen, és csak lapos lehet – háromdimenziós geometriája euklideszi. Ebben az esetben az Univerzumban az anyag sűrűsége pontosan megegyezik a kritikus sűrűséggel. Így az RTG előrejelzése szerint az Univerzumban léteznie kell „rejtett tömegnek”, amelynek sűrűsége csaknem 40-szerese a ma megfigyelt anyagsűrűségnek.

Az RTG másik fontos következménye az az állítás, hogy az Univerzumban az anyag teljes energiasűrűségének és a gravitációs mezőnek nullával kell egyenlőnek lennie.

A Friedmann-féle homogén és izotróp Univerzum fejlődésére vonatkozó RTG előrejelzés jelentősen eltér az általános relativitáselmélet következtetéseitől. Továbbá az általános relativitáselméletből az következik, hogy a három naptömegnél nagyobb tömegű objektumokat a gravitációs erőknek korlátlan ideig össze kell nyomniuk (összeomlásnak) egy véges, megfelelő időtartam alatt, végtelen sűrűséget érve el. Az ilyen típusú objektumokat fekete lyukaknak nevezzük. Nincs anyagi felületük, ezért a fekete lyukba zuhanó test a határátlépéskor nem találkozik mással, csak üres térrel. A fekete lyuk belsejéből még a fény sem tud átjutni a határán. Más szóval, mindaz, ami egy fekete lyukban történik, elvileg nem tudható a külső szemlélő számára.

J. Wheeler a gravitációs összeomlást és az ebből eredő szingularitást (végtelen sűrűséget) minden idők egyik legnagyobb válságának tekintette az alapvető fizika számára. A gravitáció relativisztikus elmélete gyökeresen megváltoztatja a gravitációs összeomlás természetéről alkotott elképzeléseket. Ez a gravitációs idődilatáció jelenségéhez vezet, amelynek következtében a kísérő vonatkoztatási rendszerben egy hatalmas test összenyomódása véges megfelelő időben történik. Ugyanakkor ami a legfontosabb, az anyag sűrűsége véges marad és nem haladja meg az 1016 g/cm3-t, a test fényereje exponenciálisan csökken, a tárgy „feketévé válik”, de a fekete lyukakkal ellentétben mindig van anyaga. felület. Az ilyen objektumok, ha keletkeznek, összetett szerkezetűek, és nem történik gravitációs „önbezáródás”, ezért az anyag nem tűnik el a terünkből. Az RTG-ben a leeső teszttest megfelelő ideje mind a Minkowski-tér koordinátáitól, mind a G gravitációs állandótól függ, ezért a megfelelő idő lefutását a gravitációs tér természete határozza meg. Ez a körülmény vezet oda, hogy az úgynevezett Schwarzschild-sugárhoz közeledve a leeső teszttest megfelelő ideje korlátlanul lelassul.

Így az RTG szerint elvileg a természetben nem létezhetnek fekete lyukak - olyan objektumok, amelyekben végtelen sűrűségű anyagösszenyomódás következik be, és amelyeknek nincs anyagi felületük. Mindez alapvetően megkülönbözteti az RTG előrejelzéseket a GR előrejelzésektől. A masszív tárgyak összenyomása, ha a nyomás nem nulla, természetesen gyengébb lesz, mivel a belső nyomás zavarja a gravitációs vonzást. A valós objektumok evolúciója részletesebb tanulmányozást igényel az anyag állapotegyenletével, és ez egy nagyon érdekes probléma.

Az RTG elmagyarázza a Naprendszer gravitációs hatásaira vonatkozó megfigyelési és kísérleti adatok teljes készletét. A részletes elemzés azt mutatja, hogy az általános relativitáselmélet előrejelzései a Naprendszer gravitációs hatásaira kétértelműek, és egyes hatások esetében az önkényesség a G gravitációs állandóban az első sorrendben, mások esetében pedig a második sorrendben merül fel. Mi az oka ennek a kétértelműségnek? Az általános relativitáselméletben a Riemann-tér metrikus tenzorának komponenseinek bármely koordinátában történő meghatározásához meg kell adni az úgynevezett koordinátafeltételeket, amelyek nagyon tetszőlegesek és mindig nem kovariánsak (csak egy bizonyos kiválasztott koordinátára vonatkoznak rendszer). E feltételek típusától függően általános esetben azonos koordinátákon szükségszerűen különböző metrikus tenzorokat kapunk. De az azonos koordinátákon lévő különböző metrikus tenzorok eltérő geodetikus értékeket is adnak, ami azt jelenti, hogy az általános relativitáselmélet előrejelzései a fény és a teszttestek mozgására szintén eltérőek lesznek.

Tehát a gravitáció relativisztikus elmélete, amely a megmaradási törvényekre és a gravitációs mezőről mint energia-impulzussűrűségű fizikai térre vonatkozó elképzelésekre épül, a geometria és a lokális szelvényváltozatlanság elveivel kombinálva megmagyaráz minden ismert megfigyelési és kísérleti adatot. adatokat a gravitációról, és új előrejelzéseket ad a Friedmann-univerzum és a gravitációs összeomlás kialakulásáról.

Bibliográfia

Denisov V.I., Logunov A.A. A matematika modern problémái. A tudomány és a technológia eredményei. M., 1982.

Landau L.D., Lifshitz Elméleti fizika rövid kurzusa. M., 1969.

Logunov A. A. Új ötletek a térről, az időről és a gravitációról // Tudomány és emberiség: Nemzetközi Évkönyv. M., 1988.

Logunov A. A. Előadások a relativitáselméletről és a gravitációról. M., 1985.

Logunov A. A. A gravitációs tér elmélete. M., 2000 (2001).

Logunov A. A., Loskutov Yu M. Az általános relativitáselmélet és a relativisztikus gravitációelmélet előrejelzéseinek kétértelműsége. M., 1986.

Logunov A. A., Mestvirishvili M. A. A relativisztikus gravitáció alapjai. M., 1982.

Klein F. A megmaradási törvények integrál formájáról és a térben zárt világ elméletéről // Einstein-gyűjtemény 1980–1981. M., 1985.

Fok V. A. A tér, az idő és a gravitáció elmélete. M., 1965.

Schrödinger E. A gravitációs térenergia összetevői/Einstein-gyűjtemény. 1980–1981. M., 1985.

Einstein A. Tudományos művek gyűjteménye. M., 1965. T. 1.

201. számú téma

Adás 03.01.21

Időpont: 46:00.

Minden anyagi test között. Az alacsony sebesség és a gyenge gravitációs kölcsönhatás közelítésében Newton gravitációelmélete írja le, általános esetben Einstein általános relativitáselmélete írja le. A kvantumhatárban a gravitációs kölcsönhatást állítólag a gravitáció kvantumelmélete írja le, amelyet még nem fejlesztettek ki.

Enciklopédiai YouTube

1 / 5

✪ Gravitációs vizualizáció

✪ A TUDÓSOK SZÜLETÉSÜK TŐL BECSALTAK MINKET. 7 lázító TÉNY A GRAVITÁCIÓRÓL. NEWTON ÉS FIZIKUSOK HAZUGSÁGÁNAK FELLELESZTÉSE

✪ Gravitáció

✪ 10 érdekes tény a gravitációról

✪ Alexander Chirtsov – Gravitáció: a nézetek fejlődése Newtontól Einsteinig

Feliratok

Gravitációs vonzás

Az univerzális gravitáció törvénye az inverz négyzettörvény egyik alkalmazása, amely a sugárzás tanulmányozásában is megtalálható (lásd például a Fénynyomást), és egyenes következménye a sugárzás területének kvadratikus növekedésének. a növekvő sugarú gömb, ami bármely egységnyi terület hozzájárulásának négyzetes csökkenéséhez vezet a teljes gömb területéhez.

A gravitációs mező, akárcsak a gravitációs mező, potenciális. Ez azt jelenti, hogy bevezetheti egy pár test gravitációs vonzásának potenciális energiáját, és ez az energia nem változik a testek zárt hurok mentén történő mozgatása után. A gravitációs tér potenciálja magába foglalja a kinetikus és potenciális energia összegének megmaradásának törvényét, és a testek gravitációs térben történő mozgásának vizsgálatakor gyakran jelentősen leegyszerűsíti a megoldást. A newtoni mechanika keretein belül a gravitációs kölcsönhatás nagy hatótávolságú. Ez azt jelenti, hogy bárhogyan is mozog egy nagy tömegű test, a gravitációs potenciál a tér bármely pontján csak a test helyzetétől függ egy adott időpillanatban.

A nagy űrobjektumok - bolygók, csillagok és galaxisok hatalmas tömeggel rendelkeznek, és ezért jelentős gravitációs mezőket hoznak létre.

A gravitáció a leggyengébb kölcsönhatás. Mivel azonban minden távolságra hat, és minden tömeg pozitív, ennek ellenére nagyon fontos erő az Univerzumban. Különösen kicsi a kozmikus léptékű testek közötti elektromágneses kölcsönhatás, mivel ezeknek a testeknek a teljes elektromos töltése nulla (az anyag egésze elektromosan semleges).

Ezenkívül a gravitáció, ellentétben más kölcsönhatásokkal, univerzális hatást gyakorol minden anyagra és energiára. Nem fedeztek fel olyan objektumot, amelynek egyáltalán nem lenne gravitációs kölcsönhatása.

Globális jellegéből adódóan a gravitáció felelős olyan nagy léptékű hatásokért, mint a galaxisok felépítése, a fekete lyukak és az Univerzum tágulása, valamint az elemi csillagászati ​​jelenségekért - a bolygók keringése, valamint a bolygó felszínéhez való egyszerű vonzásért. A Föld és a testek bukása.

A gravitáció volt az első kölcsönhatás, amelyet a matematikai elmélet ír le. Arisztotelész (Kr. e. IV. század) úgy vélte, hogy a különböző tömegű tárgyak különböző sebességgel esnek. És csak jóval később (1589) Galileo Galilei kísérletileg megállapította, hogy ez nem így van - ha megszűnik a légellenállás, minden test egyformán gyorsul. Isaac Newton egyetemes gravitációs törvénye (1687) jól leírta a gravitáció általános viselkedését. 1915-ben Albert Einstein megalkotta az általános relativitáselméletet, amely pontosabban írja le a gravitációt a téridő geometriájával.

Az égi mechanika és néhány feladata

Az égi mechanika legegyszerűbb problémája két pont vagy gömb alakú test gravitációs kölcsönhatása üres térben. Ezt a problémát a klasszikus mechanika keretein belül analitikusan, zárt formában oldják meg; megoldásának eredményét gyakran Kepler három törvénye formájában fogalmazzák meg.

A kölcsönható testek számának növekedésével a feladat drámaian bonyolultabbá válik. Így a már híres háromtest-probléma (vagyis három nem nulla tömegű test mozgása) általános formában nem oldható meg analitikusan. Numerikus megoldásnál a megoldások instabilitása a kezdeti feltételekhez képest elég gyorsan fellép. Ha a Naprendszerre alkalmazzuk, ez az instabilitás nem teszi lehetővé, hogy pontosan megjósoljuk a bolygók mozgását százmillió évnél nagyobb léptékben.

Egyes speciális esetekben közelítő megoldást találhatunk. A legfontosabb az az eset, amikor egy test tömege lényegesen nagyobb, mint a többi test tömege (például a Naprendszer és a Szaturnusz gyűrűinek dinamikája). Ebben az esetben első közelítésként feltételezhetjük, hogy a fénytestek nem lépnek kölcsönhatásba egymással, és Kepleri pályákon mozognak a hatalmas test körül. A köztük lévő kölcsönhatások a perturbációelmélet keretein belül figyelembe vehetőek és időbeli átlagolhatók. Ebben az esetben nem triviális jelenségek léphetnek fel, mint például rezonanciák, attraktorok, káosz stb. Az ilyen jelenségek egyértelmű példája a Szaturnusz gyűrűinek összetett szerkezete.

Annak ellenére, hogy megpróbálták pontosan leírni egy nagyszámú, megközelítőleg azonos tömegű vonzó testből álló rendszer viselkedését, ez a dinamikus káosz jelensége miatt nem valósítható meg.

Erős gravitációs mezők

Erős gravitációs mezőkben, valamint gravitációs térben relativisztikus sebességgel történő mozgáskor az általános relativitáselmélet (GTR) hatásai kezdenek megjelenni:

• a téridő geometriájának megváltoztatása;
  • ennek következtében a gravitációs törvény eltérése a newtonitól;
  • és szélsőséges esetekben - fekete lyukak megjelenése;
• a gravitációs zavarok véges terjedési sebességével összefüggő potenciálok késése;
  • ennek következtében a gravitációs hullámok megjelenése;
• nemlinearitási hatások: a gravitáció hajlamos önmagával kölcsönhatásba lépni, így az erős mezők szuperpozíciójának elve már nem állja meg a helyét.

Gravitációs sugárzás

Az általános relativitáselmélet egyik fontos előrejelzése a gravitációs sugárzás, amelynek jelenlétét 2015-ben közvetlen megfigyelések is megerősítették. Korábban azonban komoly közvetett bizonyítékok szóltak a létezése mellett, nevezetesen: energiaveszteség kompakt gravitációs objektumokat (például neutroncsillagokat vagy fekete lyukakat) tartalmazó, szoros kettős rendszerekben, különösen a híres PSR B1913+16 rendszerben (a Hals). pulsar - Taylor) - jól összhangban vannak az általános relativitáselmélet modelljével, amelyben ezt az energiát pontosan a gravitációs sugárzás viszi el.

Gravitációs sugárzást csak változó kvadrupólusú vagy annál nagyobb többpólusú rendszerek képesek előállítani, ez a tény arra utal, hogy a legtöbb természetes forrás gravitációs sugárzása irányított, ami jelentősen megnehezíti annak észlelését. Gravitációs erő n-mezőforrás arányos (v / c) 2 n + 2 (\displaystyle (v/c)^(2n+2)), ha a többpólus elektromos típusú, és (v / c) 2 n + 4 (\displaystyle (v/c)^(2n+4))- ha a multipólus mágneses típusú, hol v a források jellemző mozgási sebessége a sugárzó rendszerben, és c- fénysebesség. Így a domináns momentum az elektromos típusú kvadrupólmomentum lesz, és a megfelelő sugárzás teljesítménye egyenlő:

L = 1 5 G c 5 ⟨ d 3 Q i j d t 3 d 3 Q i j d t 3 ⟩ , (\displaystyle L=(\frac (1)(5))(\frac (G)(c^(5)))\ left\langle (\frac (d^(3)Q_(ij))(dt^(3)))(\frac (d^(3)Q^(ij))(dt^(3)))\jobb \rangle ,)

Ahol Q i j (\displaystyle Q_(ij))- a sugárzó rendszer tömegeloszlásának kvadrupólmomentumtenzora. Állandó G c 5 = 2,76 × 10 − 53 (\displaystyle (\frac (G)(c^(5)))=2,76\x10^(-53))(1/W) lehetővé teszi a sugárzási teljesítmény nagyságrendjének becslését.

1969 óta (Weber kísérletei (Angol)), kísérleteket tesznek a gravitációs sugárzás közvetlen kimutatására. Az USA-ban, Európában és Japánban jelenleg több földi detektor működik (LIGO, VIRGO, TAMA (Angol), GEO 600), valamint a LISA (Laser Interferometer Space Antenna) űrgravitációs detektor projekt. Földi detektort fejlesztenek Oroszországban a Dulkyn Gravitációs Hullámkutatási Tudományos Központban a Tatár Köztársaságban.

A gravitáció finom hatásai

A gravitációs vonzás és az idődilatáció klasszikus hatásai mellett az általános relativitáselmélet a gravitáció egyéb megnyilvánulásainak létezését is előrevetíti, amelyek szárazföldi körülmények között nagyon gyengék, ezért kimutatásuk és kísérleti igazolásuk igen nehézkes. Egészen a közelmúltig úgy tűnt, hogy e nehézségek leküzdése meghaladja a kísérletezők képességeit.

Közülük különösen megnevezhető az inerciális referenciakeretek ellenállása (vagy a Lense-Thirring effektus) és a gravitomágneses tér. 2005-ben a NASA pilóta nélküli gravitációs szondája B példátlan precíziós kísérletet végzett, hogy megmérje ezeket a hatásokat a Föld közelében. A kapott adatok feldolgozása 2011 májusáig megtörtént, és az eredetileg feltételezettnél valamivel kisebb pontossággal megerősítette az inerciális referenciarendszerek geodéziai precessziója és légellenállási hatásainak fennállását és nagyságát.

A mérési zaj elemzésére és kivonására irányuló intenzív munka után a küldetés végeredményét a NASA-TV 2011. május 4-i sajtótájékoztatóján jelentették be, és a Physical Review Letters-ben tették közzé. A geodéziai precesszió mért értéke az volt −6601,8±18,3 ezredmásodpercívek évente, és az elragadó hatás - −37,2±7,2 ezredmásodpercívek évente (hasonlítsa össze a −6606,1 mas/év és −39,2 mas/év elméleti értékekkel).

Klasszikus gravitációs elméletek

Tekintettel arra, hogy a gravitáció kvantumhatásai a legszélsőségesebb és legszélsőségesebb megfigyelési körülmények között is rendkívül kicsik, még mindig nincsenek megbízható megfigyelések róluk. Az elméleti becslések azt mutatják, hogy az esetek túlnyomó többségében a gravitációs kölcsönhatás klasszikus leírására szorítkozhatunk.

Létezik egy modern kanonikus klasszikus gravitációs elmélet - az általános relativitáselmélet, és számos tisztázó hipotézis és elmélet, amelyek különböző fejlettségűek, és versengenek egymással. Mindezek az elméletek nagyon hasonló előrejelzéseket adnak azon a közelítésen belül, amelyben a kísérleti teszteket jelenleg végzik. Az alábbiakban bemutatunk néhány alapvető, leginkább kidolgozott vagy ismert gravitációs elméletet.

Általános relativitáselmélet

Az általános relativitáselméletet azonban egészen a közelmúltig (2012-ig) kísérletileg megerősítették. Ezen túlmenően a gravitációelmélet megfogalmazásának Einstein-féle, de a modern fizika szabványos megközelítése számos alternatív megközelítése olyan eredményhez vezet, amely egybeesik az általános relativitáselmélettel az alacsony energiájú közelítésben, amely jelenleg az egyetlen, amely kísérleti igazolásra hozzáférhető.

Einstein-Cartan elmélet

Az egyenletek hasonló két osztályra osztása az RTG-ben is előfordul, ahol a második tenzoregyenletet vezetik be, hogy figyelembe vegyék a nemeuklideszi tér és a Minkowski-tér közötti kapcsolatot. A Jordan-Brans-Dicke elméletben a dimenzió nélküli paraméter jelenlétének köszönhetően lehetővé válik annak kiválasztása, hogy az elmélet eredményei egybeesjenek a gravitációs kísérletek eredményeivel. Sőt, mivel a paraméter a végtelenbe hajlik, az elmélet előrejelzései egyre közelebb kerülnek az általános relativitáselmélethez, így a Jordan-Brans-Dicke elméletet lehetetlen az általános relativitáselméletet megerősítő kísérletekkel megcáfolni.

A gravitáció kvantumelmélete

A több mint fél évszázados próbálkozások ellenére a gravitáció az egyetlen olyan alapvető kölcsönhatás, amelyre általánosan elfogadott következetes kvantumelmélet még nem készült. Alacsony energiáknál a kvantumtérelmélet szellemében a gravitációs kölcsönhatás a gravitonok – spin-2-es bozonok – kicserélődéseként ábrázolható.

Az elmúlt évtizedekben számos ígéretes megközelítést dolgoztak ki a gravitáció kvantálási problémájának megoldására: a húrelmélet, a hurokkvantumgravitáció és mások.

Húrelmélet

Ebben a részecskék és a háttértér-idő helyett húrok és többdimenziós analógjaik jelennek meg -

A gravitációs kölcsönhatás világunk négy alapvető kölcsönhatása egyike. A klasszikus mechanika keretein belül a gravitációs kölcsönhatást írják le az egyetemes gravitáció törvénye Newton, aki kijelenti, hogy a gravitációs vonzás ereje két anyagi tömegpont között m 1 és m 2 távolság választja el egymástól R, arányos mindkét tömeggel és fordítottan arányos a távolság négyzetével – vagyis

.

Itt G- gravitációs állandó, megközelítőleg egyenlő m³/(kg s²). A mínusz jel azt jelenti, hogy a testre ható erő irányában mindig egyenlő a testre irányuló sugárvektorral, vagyis a gravitációs kölcsönhatás mindig bármely test vonzásához vezet.

Az univerzális gravitáció törvénye az inverz négyzettörvény egyik alkalmazása, amely a sugárzás tanulmányozásában is előfordul (lásd például a fénynyomást), és egyenes következménye a sugárzás területének kvadratikus növekedésének. növekvő sugarú gömb, ami bármely egységnyi terület hozzájárulásának négyzetes csökkenéséhez vezet a teljes gömb területéhez.

Az égi mechanika legegyszerűbb problémája két test gravitációs kölcsönhatása az üres térben. Ezt a problémát analitikusan a végéig megoldják; megoldásának eredményét gyakran Kepler három törvénye formájában fogalmazzák meg.

A kölcsönható testek számának növekedésével a feladat drámaian bonyolultabbá válik. Így a már híres háromtest-probléma (vagyis három nem nulla tömegű test mozgása) általános formában nem oldható meg analitikusan. Numerikus megoldásnál a megoldások instabilitása a kezdeti feltételekhez képest elég gyorsan fellép. A Naprendszerre alkalmazva ez az instabilitás lehetetlenné teszi a bolygók mozgásának előrejelzését százmillió évnél nagyobb léptékben.

Egyes speciális esetekben közelítő megoldást találhatunk. A legfontosabb eset az, amikor egy test tömege lényegesen nagyobb, mint a többi test tömege (például a Naprendszer és a Szaturnusz gyűrűinek dinamikája). Ebben az esetben első közelítésként feltételezhetjük, hogy a fénytestek nem lépnek kölcsönhatásba egymással, és Kepleri pályákon mozognak a hatalmas test körül. A köztük lévő kölcsönhatások a perturbációelmélet keretein belül figyelembe vehetők, és időbeli átlagolhatók. Ebben az esetben nem triviális jelenségek léphetnek fel, mint például rezonanciák, attraktorok, káosz stb. Az ilyen jelenségek egyértelmű példája a Szaturnusz gyűrűinek nem triviális szerkezete.

Annak ellenére, hogy megpróbálják leírni egy nagyszámú, megközelítőleg azonos tömegű vonzó testből álló rendszer viselkedését, ez a dinamikus káosz jelensége miatt nem valósítható meg.

Erős gravitációs mezők

Erős gravitációs mezőkben, amikor relativisztikus sebességgel mozogunk, az általános relativitáselmélet hatásai kezdenek megjelenni:

• a gravitációs törvény eltérése Newton törvényétől;
• a gravitációs zavarok véges terjedési sebességével összefüggő potenciálok késése; a gravitációs hullámok megjelenése;
• nemlinearitási hatások: a gravitációs hullámok hajlamosak kölcsönhatásba lépni egymással, így az erős mezőkben a hullámok szuperpozíciójának elve már nem állja meg a helyét;
• a téridő geometriájának megváltoztatása;
• fekete lyukak megjelenése;

Gravitációs sugárzás

Az általános relativitáselmélet egyik fontos előrejelzése a gravitációs sugárzás, amelynek jelenlétét közvetlen megfigyelések még nem erősítették meg. Vannak azonban közvetett megfigyelési bizonyítékok a létezése mellett, nevezetesen: az energiaveszteség a bináris rendszerben a PSR B1913+16 pulzárral - a Hulse-Taylor pulzárral - jó összhangban van egy olyan modellel, amelyben ezt az energiát gravitációs sugárzás.

Gravitációs sugárzást csak változó kvadrupol vagy annál nagyobb többpólusú nyomatékú rendszerek képesek előállítani, ez a tény arra utal, hogy a legtöbb természetes forrás gravitációs sugárzása irányított, ami jelentősen megnehezíti annak észlelését. Gravitációs erő l-mezőforrás arányos (v / c) 2l + 2 , ha a többpólus elektromos típusú, és (v / c) 2l + 4 - ha a multipólus mágneses típusú, hol v a források jellemző mozgási sebessége a sugárzó rendszerben, és c- fénysebesség. Így a domináns momentum az elektromos típusú kvadrupólmomentum lesz, és a megfelelő sugárzás teljesítménye egyenlő:

Ahol K énj- a sugárzó rendszer tömegeloszlásának kvadrupólmomentumtenzora. Állandó (1/W) lehetővé teszi a sugárzási teljesítmény nagyságrendjének becslését.

1969-től (Weber kísérletei) napjainkig (2007. februárig) történtek kísérletek a gravitációs sugárzás közvetlen kimutatására. Az USA-ban, Európában és Japánban jelenleg több földi detektor működik (GEO 600), valamint egy projekt a Tatár Köztársaság űrgravitációs detektorára.

A gravitáció finom hatásai

A gravitációs vonzás és az idődilatáció klasszikus hatásai mellett az általános relativitáselmélet a gravitáció egyéb megnyilvánulásainak létezését is előrevetíti, amelyek szárazföldi körülmények között nagyon gyengék, ezért kimutatásuk és kísérleti igazolásuk igen nehézkes. Egészen a közelmúltig úgy tűnt, hogy e nehézségek leküzdése meghaladja a kísérletezők képességeit.

Közülük különösen az inerciális vonatkoztatási rendszerek (illetve a Lense-Thirring effektus) és a gravitomágneses tér elragadását nevezhetjük meg. 2005-ben a NASA pilóta nélküli gravitációs szondája B példátlan precíziós kísérletet végzett ezen hatások mérésére a Föld közelében, de teljes eredményét még nem tették közzé.

A gravitáció kvantumelmélete

A több mint fél évszázados próbálkozások ellenére a gravitáció az egyetlen olyan alapvető kölcsönhatás, amelyre még nem sikerült konzisztens renormalizálható kvantumelméletet felépíteni. Alacsony energiáknál azonban a kvantumtérelmélet szellemében a gravitációs kölcsönhatás a gravitonok cseréjeként ábrázolható - a 2-es spinnel mérhető bozonok.

Standard gravitációs elméletek

Tekintettel arra, hogy a gravitáció kvantumhatásai a legszélsőségesebb kísérleti és megfigyelési körülmények között is rendkívül kicsik, még mindig nincs megbízható megfigyelésük. Az elméleti becslések azt mutatják, hogy az esetek túlnyomó többségében a gravitációs kölcsönhatás klasszikus leírására szorítkozhatunk.

Létezik egy modern kanonikus klasszikus gravitációs elmélet - általános relativitáselmélet, és számos hipotézis és különböző fejlettségű elmélet, amelyek ezt tisztázzák, versenyeznek egymással (lásd az Alternatív gravitációs elméletek című cikket). Mindezek az elméletek nagyon hasonló előrejelzéseket adnak azon a közelítésen belül, amelyben a kísérleti teszteket jelenleg végzik. Az alábbiakban bemutatunk néhány alapvető, leginkább kidolgozott vagy ismert gravitációs elméletet.

• A gravitáció nem geometriai mező, hanem egy tenzorral leírt valós fizikai erőtér.

• A gravitációs jelenségeket a lapos Minkowski tér keretein belül kell figyelembe venni, amelyben az energia-impulzus és a szögimpulzus megmaradásának törvényei egyértelműen teljesülnek. Ekkor a testek mozgása a Minkowski-térben ekvivalens ezeknek a testeknek a tényleges Riemann-térben történő mozgásával.

• A metrika meghatározásához szükséges tenzoregyenleteknél figyelembe kell venni a graviton tömegét, és a Minkowski térmetrikához kapcsolódó mérőviszonyokat kell használni. Ez nem teszi lehetővé, hogy a gravitációs mezőt még lokálisan is megsemmisítsék valamilyen megfelelő referenciakeret kiválasztásával.

Az általános relativitáselmélethez hasonlóan az RTG-ben az anyag az anyag minden formájára vonatkozik (beleértve az elektromágneses teret is), magát a gravitációs mezőt kivéve. Az RTG elmélet következményei a következők: az általános relativitáselméletben megjósolt fekete lyukak mint fizikai objektumok nem léteznek; Az univerzum lapos, homogén, izotróp, álló és euklideszi.

Másrészt az RTG ellenzőinek nem kevésbé meggyőző érvei vannak, amelyek a következő pontokra csapódnak le:

Hasonló dolog történik az RTG-ben, ahol a második tenzoregyenletet vezetik be, hogy figyelembe vegyék a nem-euklideszi tér és a Minkowski-tér közötti kapcsolatot. A Jordan-Brans-Dicke elméletben a dimenzió nélküli illesztési paraméter jelenléte miatt lehetővé válik annak kiválasztása, hogy az elmélet eredményei egybeesjenek a gravitációs kísérletek eredményeivel.

A gravitáció elméletei

Newton klasszikus gravitációs elmélete Általános relativitáselmélet Kvantumgravitáció Alternatív Az általános relativitáselmélet matematikai megfogalmazása Gravitáció masszív gravitonnal Geometrodinamika (angol) Félklasszikus gravitáció

Az általános relativitáselmélet alternatívája a gravitáció elméletei

Semmi sem teszi ilyenné az életünket

kellemes, mint elkerülhetetlen

alternatív.

Népi bölcsesség

Minden folyik, minden változik. Volt idő, amikor úgy tűnt, nem kell Newtonnál jobb gravitációs elméletet kívánni. De lépésről lépésre az általános relativitáselmélet „elfoglalta helyét a napon”. Már csak néhány év van hátra a 100. születésnapig. Jelenleg milyen állapotban van? Kétségtelenül az általános relativitáselmélet a legnépszerűbb gravitációs elmélet, elsősorban az asztrofizikában és a kozmológiában. A csillagok szerkezetének és fejlődésének elmélete, különösen a végső szakaszban; hatások a kompakt és ultrasűrű tárgyak felületére; kozmológiai modellek az evolúció különböző korszakaiban és még sok más nem számíthatók kielégítően az általános relativitáselmélet alkalmazása nélkül. Az általános relativitáselmélet által megjósolt hatások alapján teljes kutatási terület jön létre - a gravitációs hullámok keresése, a gravitációs lencsék tanulmányozása stb. Az általános relativitáselméletet az elméleti fizika részeként számos alapkutatásban is használják.

Valójában közvetlenül a klasszikus tesztek megerősítése után az általános relativitáselmélet példátlan népszerűségre tett szert. De természetesen a Nap gravitációs mezejében egy távoli csillagról érkező fénysugár eltérülését, a Naprendszerben a bolygók periféliumainak elmozdulását, valamint a Föld mezőjében bekövetkező vörös gravitációs eltolódást mérve, az ügy nem ért véget és nem is érhet véget. Az 1915-ös elkészülte óta mind az alapelveket, mind az egyenleteket folyamatosan tesztelték és egyre pontosabban tesztelték újra. Nem kaptunk azonban olyan eredményt, amely ellentmondana az általános relativitáselméletnek. Sőt, régóta használják gyakorlati célokra, például műholdak pályáinak, bolygók és bolygóközi járművek röppályáinak kiszámítására.

Elmondhatjuk, hogy az általános relativitáselmélet hatásait már a mindennapi életben is alkalmazzák: a navigációs és nyomkövető rendszerek, például a GPS pontosságának növelésére. 24-27 műhold kering folyamatosan 20 000 km-es magasságban. A pontosság javítása érdekében több műholdról érkező jeleket használnak, jeleket cserélve a Földön lévő eszközökkel. Ez megköveteli az órák szigorú szinkronizálását minden létesítményben. Kiderült, hogy az atomórák pontossága nem elég. Figyelembe kell venni az óra lassulását, amely az általános relativitáselmélet szerint a Föld gravitációs mezejében jelentkezik. Más szóval, ugyanaz az óra a Földön lassabban jár, mint a pályán. 20 000 km-es magasság esetén ez a különbség napi 38 μs, és akár 10 m-es távolság meghatározásában is hibához vezethet. Ennek a hatásnak a kompenzálására a pályán az „útlevél szerinti” órajelet tovább állítják. lassan. Ha leeresztik őket a pályáról, és a Földön lévők mellé helyezik őket, akkor napi 38 mikroszekundum késéssel járnak.

Eddigi előadásunk valójában a GTR sikereit mutatta be, és úgy tűnhet, hogy ennek a rózsás képnek köszönhetően a GTR kivételével semmilyen más elméletet nem vettek figyelembe, semmi mást nem javasoltak, vagy mindent, ami „nem-einsteini”, teljesen félresöpörtek. . Egyáltalán nem. A gravitációs elméletek létrehozására irányuló tevékenységek nagyon erőteljesek voltak és maradnak. Az elméletek kidolgozása és aktív és átfogó tesztelése kéz a kézben haladt a 20. században és azon túl is.

A legtöbb teszt speciális osztályokba sorolható, amelyeket Clifford Will amerikai relativista javasolt 2001-ben:

A legegyszerűbb okok.

Einstein ekvivalencia elve.

Paraméteres poszt-newtoni formalizmus.

Az alábbiakban az utolsó két osztálynak való megfelelésről fogunk beszélni, de most beszéljük meg, mik a „legegyszerűbb indokok”?

Az 1970-es évek elején a California Institute of Technology tudósainak egy csoportja, a LIGO projekt ideológusa, Kip Thorne professzor, valamint Clifford Will és Wei-Tou Ni tajvani fizikus vezetésével összeállította a 20. századi gravitációs elméletek listáját. Mindegyik elmélethez a következő kérdéseket tették fel a legegyszerűbb alapok problémájával kapcsolatban:

Önálló-e az elmélet?

Teljes?

Konzisztens-e néhány szórással az eddig elvégzett összes kísérlettel?

Az „az összes eddig elvégzett kísérlettel való összhang” kritériumát gyakran felváltotta a „konzisztencia a newtoni mechanika és a speciális relativitáselmélet legtöbb következményével”.

A nem metrikus elméletek önkonzisztenciája olyan követelményeket foglal magában, például, hogy megoldásai ne tartalmazzák a tachionokat, a fénynél nagyobb sebességgel mozgó hipotetikus részecskéket; problémák hiánya a mezők viselkedésében a végtelenben stb.

Ahhoz, hogy egy gravitációs elmélet teljes legyen, képesnek kell lennie leírni bármely elképzelhető kísérlet eredményét, és összhangban kell lennie más, kísérlettel megerősített fizikai elméletekkel. Például minden olyan elmélet, amely az első elvekből nem tudja megjósolni a bolygók mozgását vagy az atomórák viselkedését, hiányos.

A hiányos és nem önkonzisztens elméletre példa Newton gravitációs elmélete Maxwell egyenleteivel kombinálva. Egy ilyen elméletben a fényt (mint a fotonokat) eltéríti a gravitációs tér (bár fele olyan gyengébb, mint az általános relativitáselméletben), de a fényt (mint az elektromágneses hullámok) nem.

Ha egy elmélet nem felelt meg ezeknek a kritériumoknak, akkor ennek ellenére nem siettek elvetni. Ha egy elmélet alapjaiban hiányos volt, a csoport megpróbálta kis változtatásokkal kiegészíteni, általában gravitáció hiányában a speciális relativitáselméletre redukálta az elméletet. Csak ezt követően dőlt el, hogy érdemes-e továbbgondolni. A 70-es években több tucat elmélet volt, amely figyelmet érdemel. Nehéz megmondani, de az elmúlt két-három évtizedben számuk elérte a százat vagy még többet is. Minden azon a kérdésen múlik, hogy mit tekintünk egy elméletnek, és mi az elméletek osztálya. Ezért a különféle szempontok szerinti kiválasztás most még nagyobb szenvedéllyel történik. Ez rendkívül fontos, hiszen előfeltételei vannak annak, hogy a következő évtizedekben akár kis léptékben, akár nagy léptékben, vagy ezzel egy időben az általános relativitáselmélet megváltozik.

Az általános relativitáselmélet igazolása bolygórendszerek skáláján

Emlékezzünk most arra, hogy a GTR mint metrikus elmélet alapja az ekvivalencia elve és a geodetikus mozgás posztulátuma. Ismeretes, hogy ezeket az elveket, ha abszolút pontossággal állapítják meg, csak a „tisztán” metrikai elméletek (kis fenntartásokkal) elégítik ki, vagyis azok az elméletek, ahol a gravitációs teret csak egy metrikus tenzor ábrázolja. Kiderült, hogy a GTR csak a metrikaelmélet legegyszerűbb változata. Anélkül, hogy bármilyen módon megsértené ezeket az alapelveket, számtalan (túlzás nélkül) sokféle metrikus elmélet képzelhető el. Hogyan lehet akkor megváltoztatni az elméletet? Mit kell megfogni ebben az esetben? Persze csak kísérletezés és megfigyelés tud mindent a helyére tenni. Az alternatív javaslatok osztályozása azonban saját stratégiát igényel.

Arthur Eddington (1882–1944) 1922-ben kezdte el a gravitáció alternatív modelljei tesztelésére szolgáló standard formalizmus kidolgozását. Ennek a formalizmusnak a javítása, így vagy úgy, évtizedekig folytatódott, és Clifford Will és Kenneth Nordvedt amerikai fizikusok 1972-ben fejezték be a munkát. Javasolták az úgynevezett parametrizált poszt-newtoni (PPN) formalizmust. Olyan elméletekhez tervezték, amelyek akár tisztán metrikus, akár egy olyan effektív mérőszámmal, amely görbült téridőt reprezentál, ahol fizikai kölcsönhatások lépnek fel. Csak a newtoni mechanikától való eltéréseket veszik figyelembe, így a formalizmus csak gyenge területeken alkalmazható. Általában 10 PPN paraméter létezik. Az általános relativitáselmélet esetében ebből 2 egyenlő eggyel, a maradék 8 pedig nullával.

Hogyan hasznos a PPN formalizmus az általános relativitáselmélet ellenőrzésében? Az új technológiák lehetővé teszik az égitestek mozgásának meglehetősen pontos követését, a modern szabványos teszt pedig a következőképpen működik. Az általános relativitáselmélet egyenletek felhasználásával PPN formában számítják ki a Naprendszerben lévő testek röppályáit. Ez a típus bizonyul a legkonstruktívabbnak. Ezután összehasonlítják őket megfigyelési adatokkal. A modern eredmény az, hogy az általános relativitáselmélet elméleti PPN-paramétereinek a megfigyeltekkel való megfelelését tizedszázalékos pontossággal megerősítik - ez nagyon nagy pontosság.

További pontos tesztek kettős pulzárok megfigyelései: két neutroncsillagból álló rendszerek, amelyek közül ma már körülbelül egy tucat ismert. Ezen kívül léteznek rádiópulzárból és fehér törpéből álló rendszerek is, ezek alkalmasak tesztekre is. Ezen megfigyelések alapján kiszámítják a pályaparamétereket. Kiderült, hogy a Kepleri értékektől való eltérések egybeesnek az általános relativitáselmélet által megjósolt eltérésekkel, szintén tized- és századszázalékos pontossággal. A szakértők nagyon optimisták a kettős pulzárok tanulmányozása során a pontosság növelésének kilátásait illetően. Ez azon a tényen alapul, hogy a neutroncsillagok több tíz kilométeres méretűek a több millió kilométeres pályamérettel rendelkező rendszerekben. Az ilyen rendszerekben a csillagok valójában pontobjektumok. Belső szerkezetük, belső mozgásuk és alakváltozásuk gyakorlatilag nincs hatással a pályákra. Ezzel szemben a Naprendszerben mindezek a tényezők, valamint számos „szomszéd” befolyása jelentősen korlátozza a pontosság javulását. Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy a bolygórendszerek skáláján az általános relativitáselméletet nagy pontossággal igazolták, és a mérések pontossága növekedni fog.

A GTO módosításának szükségessége

Először az életünket kell megváltoztatnunk,

miután újra elkészítette, énekelhet.

Vlagyimir Majakovszkij

Az alternatív általános relativitáselmélet – többnyire metrikus – elméletek létrehozására irányuló kutatás azonban nem áll meg. Miért? Az általános relativitáselmélet jól alátámasztott, mint az imént, a Naprendszer skáláján. Egy elmélet tesztelése kisebb-nagyobb méretekben sokkal nehezebb. Az általános relativitáselmélet, mint minden más elmélet, csak egy modell a valós jelenségek leírására. Ezért a valós természet a bolygórendszerek skáláján egybeeshet az általános relativitáselmélet előrejelzéseivel, de más léptékeken eltérhet.

Ugyanakkor számos modern elméleti és empirikus adat arra utal, hogy ennek így kell lennie, és módosításokra van szükség. Például az általános relativitáselmélet számos megoldásában figyelembe kell venni az erős gravitációs mezőket, hatalmas sűrűségeket stb. És ehhez a gravitációs mező kvantálása szükséges. A jelentős erőfeszítések ellenére döntő sikert nem sikerült elérni ezen a területen. Ez arra utal, hogy kis léptékekben, ahol kvantálásra van szükség, a gravitációs elméletet módosítani kell. Másrészt sok vezető szakértő hajlamos az Univerzum felgyorsult tágulásának közelmúltbeli felfedezését olyan geometriai hatásként értelmezni, amely az általános relativitáselmélet kozmológiai léptékű módosításával „elérhető”. Ettől függetlenül az alapvető kölcsönhatások fizikájával kapcsolatos kutatások eredményei az általános relativitáselmélet nagy és kis léptékű változtatásainak szükségességéhez vezetnek.

Ha életképes elméletekről van szó, nincs kialakult terminológiai különbségtétel az alternatív, módosított vagy új elméletek között. Valamennyien, így vagy úgy, fejlesztik az általános relativitáselméletet, mivel nem kell rosszabbul működniük azon a skálán, ahol ez megerősítést nyer. Amikor az általános relativitáselmélet módosításait vagy új elméleteket dolgoznak ki, a szerzők ugyanúgy hasonlítják össze azokat a megfelelő rendszerek általános relativitáselméletével, ahogyan az általános relativitáselméletet Newton gravitációjával hasonlítják össze. Ha úgy tetszik, ugyanazt a megfelelési elvet kell kielégíteni, de a megismerés egy új szakaszában.

Jelenleg számos gravitációelméleti konferencián egész szekciókat szentelnek az általánosított (vagy alternatív) elméleteknek, külön gyűjtemények jelennek meg erről a témáról, és egyes elméletek egyre függetlenebbé válnak. Melyek a legnépszerűbb és legígéretesebb irányok ezekben a fejlesztésekben?

Először is, a GTR egy tisztán metrikus (vagy tisztán tenzoros) elmélet. Ez azt jelenti, hogy a téridő és az anyag geometriája közvetítők nélkül befolyásolja egymást. Végtelen számú ilyen elméletet lehet felépíteni (amint arról már beszéltünk), és ezeket aktívan fejlesztik. Ezeknek az elméleteknek az egyenletei általában abban különböznek az általános relativitáselmélet egyenleteitől, hogy másodfokú és magasabb rendű görbületi tagokkal egészülnek ki. A további kifejezések általában kis együtthatókkal lépnek be, amelyek megegyeznek a megfigyelésekkel, mondjuk a bolygórendszerek léptékében, de jelentősen megváltoztatják a megoldásokat kozmológiai léptékben.

Az alternatív elméletek egy másik osztályát az a tény jellemzi, hogy a geometria és az anyag egymásra gyakorolt ​​hatása egy további mezőn, leggyakrabban skalár- vagy vektormezőn keresztül történik. Ezeknek a területeknek a hozzájárulása azonban nem feltétlenül jelentős. A modern alternatív elméletek általános relativitáselmélettől való eltérését a megfelelő PPN paraméterek különbségében kell kifejezni. A GTR-től eltérő elmélet életképességének felméréséhez (teszteléséhez) a PPN paraméterek GTR-beli értékétől való eltéréseket regisztrálni kell 10–6–10–8 szinten. Ez azt jelenti, hogy a mérések pontosságát mind a Naprendszerben, mind a bináris pulzárokban 1-3 nagyságrenddel javítani kell.

Horzava gravitációs elmélete

Ez az elmélet a gravitációs vektor-tenzor elméletek egyik változata, és jelenleg talán a legnépszerűbb. Ezért beszélünk róla. Az elméletet 2009-ben egy cseh származású amerikai húrteoretikus, Petr Horzhava javasolta. Ez némileg eltér a hagyományos vektor-tenzor elméletektől, mert vektormező helyett skaláris gradienst használ. Egyrészt a vektorelméletek tulajdonságai megmaradnak, másrészt vannak sajátos hasznos tulajdonságaik.

Emlékezzünk még egyszer arra, hogy az általános relativitáselmélet alapján nem lehetett olyan következetes gravitációs kvantumelméletet alkotni, amelyben ne lennének eltérések. Ezért különféle módosításokat javasolnak, amelyek kvantumskálán jelentősen eltérnek az általános relativitáselmélettől, és „alkalmassá” válnak a kvantálásra. Ennek érdekében a megalkotásuk során az általános relativitáselmélet mögött meghúzódó egyes alapelvek megváltoznak, vagyis kiderül, hogy megsértik őket. Természetesen ennek a jogsértésnek olyan kicsinek kell lennie, hogy ne mondjon ellent a laboratóriumi vizsgálatoknak, és hogy ne változzon az elmélet hatása a bolygórendszerek léptékére, ahol jó az egyezés a megfigyelésekkel. Horzsava elmélete pontosan ez. Nem áruljuk el, mennyire figyelemreméltó ez a kvantálás szempontjából, ez némileg eltér a könyv témájától, de elmondjuk a tulajdonságait, mint gravitációs elméletet - hogyan és mennyiben különböznek az Általános hasonló tulajdonságaitól. Relativitás.

Lorentz invariancia. Már tárgyaltuk azt a tényt, hogy az általános relativitáselmélet a speciális relativitáselméletből – a fénysebességhez hasonló nagy sebességek mechanikájából – „nőtt ki”. Emlékezzünk vissza, hogy az SRT-ben minden, egymáshoz képest egyenletesen és egyenesen mozgó inerciális referenciarendszer egyenértékű. Fontos megjegyezni az SRT időméréseit. Minden inerciális referenciakeretben az óra a saját ütemében fut, összehasonlítva más keretek órajelétől. Azonban sem a „legjobb”, sem a „legrosszabb” tempót nem lehet kiválasztani, ha az órák szerkezetileg azonosak. Vagyis minden inerciarendszer megfelelő ideje egyenlő a többihez képest. Ez azt jelenti, hogy az SRT-ben nincs kijelölt idő.

Azt is elmondtuk, hogy a geometriai nyelven az SRT invarianciája, amikor az egyik inerciális vonatkoztatási rendszerből a másikba lép, megegyezik a lapos téridő alatti Lorentz-forgások invarianciájával. Az általános relativitáselméletben a gravitáció „bekapcsolása”, és ennek megfelelően a téridő görbülete miatt a Lorentz-invariancia a teljes téridőben már nem lehetséges. Mindazonáltal az általános relativitáselmélet Lorentz invariáns marad lokálisan, azaz minden megfigyelő egy kis szomszédságában. Ez a változatlanság a GTR egyik alapelve, és a GTR és az SRT közötti megfelelés elvéhez kapcsolódik.

Kronometrikus elmélet. Az általános relativitáselmélet számos módosításában a lokális Lorentz-invarianciát sértik meg. Ezek közé tartozik Horzsava elmélete. A közelmúltban különösen népszerűvé vált egyik megvalósítása, az úgynevezett „életképes” („egészséges”), nem projektív változat, amelyet Diego Blas és Oriol Pujolas amerikai fizikusok, valamint honfitársunk, Szergej Szibirjakov fejlesztettek ki. Az alábbiakban tárgyalt hatások főként az általános relativitáselmélet ezen módosítására vonatkoznak.

Tehát miben különbözik Horzsava elmélete az általános relativitáselmélettől? Az általános relativitáselmélet összes szokásos mezője mellé egy φ skaláris mező is hozzáadódik, de nem a szokásos módon. A téridő változásának iránya egy speciálisan megválasztott időirányt határoz meg, ezért nevezzük a skaláris mezőt krononmezőnek. Ekkor a skalármező állandó értékeinek felületei állandó idő vagy "egyidejűség" felületei. A skaláris mező csak deriváltokon keresztül lép be az egyenletekbe, így nem kell félni a krononmező végtelen értékétől. Csak a változása a jelentős, nem az értékei. Mivel a téridőben van egy kiválasztott irány, vannak kiválasztott vonatkoztatási rendszerek. Ez nem jellemző sem az STR-re, sem a GTR-re, de a vektor-tenzor elméletekre jellemző. Az érthetőség kedvéért adunk egy egyszerű „játék” példát. Az új elmélet egyik megoldása a lapos téridő (például az STR-ben) plusz egy krononmező, amiről kiderül, hogy éppen idő, φ = t. Az STR-ben Lorentz-transzformációkkal léphetünk át az egyik x, t koordinátarendszerből egy másik x", t", koordinátarendszerbe, ahol az idő másképp telik. Az új elméletben nem tudjuk, hiszen a skalármező értéke nem változik a koordinátatranszformációk során, ez pedig az idő. Így itt, a benzinkúttól eltérően, van egy óra, amely visszaszámolja a kiosztott időt.

Mivel az általános relativitáselméletben a gravitációs tér a tér-idő metrika mezője, világos, hogy miért nevezik az új elméletet kronometrikusnak. A kronometrikus elmélet paramétereinek elfogadható korlátozása lehetővé teszi a kvantálás során a divergenciák elkerülését. Ismételjük meg még egyszer: ez volt az építésének fő célja. Ez azonban elméleti siker, és ma már aligha lehet ilyen szintű kvantumhatásokat tesztelni.

Az új elméletnek azonban a klasszikus (nem kvantum) megnyilvánulásokban is meg kell változnia. Ez pedig lehetővé teszi létjogosultságának bizonyítását vagy cáfolatát. A következőkben bemutatjuk, hogy mely klasszikus jelenségekben és mennyiben tér el a kronometrikus elmélet az általános relativitáselmélettől, kimutathatóak-e az új elmélet hatásai a megfigyelésekben, illetve néhány elméleti modell esetében szemléltetjük a különbséget. Ennek érdekében megvitatjuk a véleményünk szerint legszembetűnőbb példákat.

Gravitációs hullám sugárzás. Emlékezzünk arra, hogy a gravitációs hullám az általános relativitáselméletben keresztirányú, tenzoros, két polarizációjú, és fénysebességgel terjed. A gravitációs hullámok Horzava elméletében is léteznek. A már említett két tenzorpolarizáción kívül azonban létezik egy skaláris szabadságfok is. Ez azt jelenti, hogy egy ilyen hullám hatására hosszirányú (a hullámterjedés irányában) elmozdulások hozzáadódnak a tesztrészecskék mozgásához. A lényeg az, hogy a tenzor és a skalár komponensek terjedési sebessége eltérő. Ráadásul mindkét sebességnek – a Horzsava modell paramétereitől függően – meg kell haladnia (!) a fénysebességet, bár csak kis mértékben. Ezek az általános relativitáselmélettől való eltérések érdekesek, de sajnos egyelőre csak elméletiek. A gravitációs hullámok közvetlen detektálása továbbra sem lehetséges, így a megfigyelt különbségek rögzítése a távoli jövő kérdése.

Ennek ellenére van közvetett megerősítés a gravitációs sugárzás létezésére. Ezek kettős pulzárok megfigyelései, pályájuk méretének csökkenése a gravitációs hullámsugárzás miatti energiaveszteséget jelzi. Ez a hatás 10-2 relatív pontossággal összhangban van az általános relativitáselmélettel, ahogyan azt már tárgyaltuk. De GR és Horzava elméletének előrejelzései különböznek. Ezért, ha ez utóbbi életképes, akkor van esély arra, hogy a pontosság további növelése feltárja ezeket a különbségeket, és tisztázza az új elmélet paramétereit.

Részecske kölcsönhatás. Azonnali akció. Most a kronometrikus elmélethez a gravitációs tér és az anyag kölcsönhatását vizsgáljuk. Csak az első (lineáris) közelítést tárgyaljuk, amely a megfigyelések számára elérhető lehet. Ebben a sorrendben a Lorentz-invariancia megsértésével járó hatások különböző okok miatt elnyomódnak, de a krononmező jelen van, Lorentz-invariáns módon szerepel az úgynevezett effektív metrikában. Azaz a GTR metrika módosul, és az anyag nem az eredeti téridőben terjed, hanem valamilyen effektív téridőben, és univerzális módon. Talán a jövőben ez az interakció teszi lehetővé számunkra a kronometrikus elmélet által képviselt klasszikus jelenségek felfedezését.

A gyenge mezők és az alacsony sebességek közelítésében a newtoni gravitációnak kell a gravitációs elmélet határává válnia. Ez utóbbiban két részecske kölcsönhatását a híres Newton-törvény képviseli, ahol az erő arányos a tömegekkel, a gravitációs állandó, fordítottan arányos a távolság négyzetével, de nem függ e részecskék sebességétől. A krononmező jelenléte a következőképpen változtatja és egészíti ki ezt a törvényt. A gravitációs állandó enyhén változik, most effektívnek nevezik, és megjelenik a sebességtől való függés. Ezen hatások kimutatásának lehetőségét a kronometrikus elmélet csatolási állandói határozzák meg.

A krononmező hatása abban is megnyilvánul, hogy egyes kölcsönhatások azonnal (!), azaz végtelen sebességgel terjedhetnek. Hogyan született ez a következtetés? A zavarok egyenletei általában egy hullámoperátort tartalmaznak, amely két részből áll: térbeli és időbeli. A második rész együtthatójának reciproka a zavarok terjedési sebességének négyzete. A második rész teljes hiánya azt jelenti, hogy ez a sebesség végtelen. Horzsava elmélete egyenleteinek egy része pontosan ilyen szerkezettel rendelkezik. Itt célszerű analógiát vonni Newton elméletével. Ebben, akárcsak a kronometrikus elméletben, az idő áramlása („abszolút idő”) kiemelésre kerül, és a gravitációs kölcsönhatás azonnal szétterjed.

Rizs. 1. Ok-okozati összefüggések SRT és Horzsava elméletében

Hogyan képzeljük el az azonnali terjesztést? Képzeljünk el egy állandó idejű felületet, majd a rajta terjedő jel (azaz időváltozás nélkül) azonnal megtesz bármilyen távolságot. Ez elfogadhatatlan az olyan relativisztikus elméletekben, mint az STR vagy a GTR. Nézzük meg az ábrán látható diagramot. 1. Tekintsünk három térbeli pontot: A, B és C. A t = 0 pillanatban ezek a pontok az A0, B0, C0 eseményeknek felelnek meg, amelyek az SRT keretein belül nincsenek ok-okozati összefüggésben. Csak a t1 pillanatban kerül ok-okozati összefüggésbe az A0 esemény a B1 eseménnyel a B pontban, és a t2 pillanatban a C2 eseménnyel a C pontban. Ahogy az SRT-ben (vagy az általános relativitáselméletben) kell, a jelek terjedése szigorúan összekapcsolva és fénykúpokkal korlátozva. Horjava elméletében ez bizonyos interakciók esetében nem biztos, hogy így van. A pillanatnyi terjedés azt jelenti, hogy a t = 0 időpontban mindhárom esemény A0, B0, C0 egy azonnal terjedő jel következményeként következett be, vagyis ok-okozati összefüggésben állhatnak egymással. Egy ilyen „fantasztikus” lehetőség azonban nem korlátozza döntően a kronometrikus elméletet. Az idő irányának megkülönböztetettsége azt jelenti, hogy az egyidejűség fogalma egyedileg definiált, így az ok-okozati összefüggésben nincs probléma, még egy ilyen egzotikus sem.

Naprendszer. Bármely gravitációs elmélet tesztelésére a bolygórendszer mozgásának mérése során a PPN formalizmust használják. Mint minden vektorelméletben, Horjava elméletének is tartalmaznia kell egy privilegizált referenciakeret hatásait. Ez oda vezet, hogy az α csoport PPN paraméterei nem nullák. Valójában az általános relativitáselméletben rejlő két PPN-paraméteren kívül a kronometrikus elméletnek van még kettő: α1 és α2. Az ellentmondások elkerülése érdekében a megfigyeléseknek elég kicsinek kell lenniük: α1 ≤ 10-4 és α2 ≤ 10-7 Megvárjuk a mérések pontosságának növekedését, akkor talán az α1 és α2 létezése (és így Horzsava elmélete) megerősíteni vagy megcáfolni.

Fekete lyukak. Az általános relativitáselméletben a fekete lyuk olyan objektum, ahol az általában szinguláris központi részt egy gömb alakú felület veszi körül, amelyet eseményhorizontnak neveznek. Jelenléte annak a ténynek köszönhető, hogy az általános relativitáselméletben van egy korlátozó sebesség - ez a fénysebesség. A fekete lyuk fő tulajdonsága, hogy az általános relativitáselméletben egyetlen részecske, semmilyen tér, de még fényjel sem hagyhatja el, vagyis nem lépheti túl az eseményhorizontot.

A kronometrikus elméletben vannak olyan megoldások is, amelyek olyan objektumokat írnak le, mint például a fekete lyukak. Ne feledjük azonban, hogy ebben az elméletben nincs korlátozó sebesség, a kölcsönhatások a fénysebességnél nagyobb sebességgel és akár azonnal is terjedhetnek. Ha ez a lehetőség fennállna az általános relativitáselméletben, akkor maga az eseményhorizont fogalma veszítene értelmét, mivel lehetségessé válik egy tárgy elhagyása az eseményhorizonton és alatta egyaránt. Ebben az esetben a rendszer termodinamikájával kapcsolatos ellentmondások jelennek meg, például az entrópia csökkenése. Jelenleg Horzava elméletében a fekete lyukakra vonatkozó megoldások fiatalsága miatt nem ismertek, de az ismertek között vannak olyanok, amelyek lehetővé teszik, hogy elkerüljük ezeket a bonyodalmakat. Kiderül, hogy egy fekete lyukban a kronometrikus elmélet keretein belül létezhet egy úgynevezett univerzális horizont. Az eseményhorizont alatt fekszik ("közelebb" a szingularitáshoz), és figyelemre méltó, hogy alatta az állandó időfelületek nem metszik egymást. Ez azt jelenti, hogy e közbenső horizont alól még végtelen sebességű (pillanatnyi) jel sem jöhet ki. És az ilyen tárgyak esetében a fent említett ellentmondások megszűnnek.

ábrán. A 2. ábra egy Schwarzschild fekete lyuk úgynevezett Penrose diagramját mutatja. Az i– és az i+ pont a múlt teljes időbeli végtelenségét és a jövő teljes időbeli végtelenségét jelenti, az i0 pont a teljes térbeli végtelent egyesíti. A Bi+ vonal egy Schwarzschild fekete lyuk eseményhorizontja – ez látszik a fénykúpok elhelyezkedéséből. Valójában a Bi+i0i– négyzet az eseményhorizonton kívüli összes külső téridő, míg az i+Bi+ háromszög az eseményhorizont alatti téridő, ahonnan a jel nem juthat a külső tartományba, és ahol a a szaggatott vonal az r = 0 szingularitás. A Schwarzschild-lyukdiagramra a kronometrikus elmélet fekete lyuk diagramja van rárakva. Az i0-t és i+-t összekötő összes görbe a j = const kronon konstans mezőjének metszete, ugyanaz, állandó idő (egyidejűség). A vastag ív ugyanaz az univerzális horizont ζ= ζ+, alatta, közelebb a szingularitáshoz, a szaggatott vonal végeit összekötő i+ i+ ívek is állandó idő (szimultaneitás) szakaszai. Nyilvánvaló, hogy ha egy jel a kronometrikus elméletben akár azonnal, vagyis az egyidejűség keresztmetszete mentén terjed, akkor nem lesz képes átlépni az univerzális horizontot és elhagyni a kronometrikus fekete lyukat.

Rizs. 2. Egy kronometrikus fekete lyuk diagramja

Kozmológia. Az Univerzum léptékében Horzsava elméletének is van esélye kijelenteni életképességét. Beszéljük meg a kozmológiai megoldásokat az új elméletben. Körülbelül ugyanazok lesznek, mint az általános relativitáselméletben, azzal a különbséggel, hogy a szokásos G gravitációs állandó helyett a GE effektív gravitációs állandó jelenik meg. Most emlékezzünk a fentebb tárgyalt módosított Newton-törvényre. Megjelenik a saját, G-től eltérő effektív gravitációs állandója, jelöljük GI-vel. Becslések készülnek a különbségre: |GI - GE | ≤ 0,1.

Nincs tiltva, hogy ennek a különbözetnek a jövőben jelentős értéke kerüljön meghatározásra, de az is lehetséges, hogy ez kizárásra kerül.

Az általános relativitáselmélet alapján kidolgozták a kozmológiai perturbációk elméletét, amely jól összhangban van a megfigyelésekkel. Lehetővé teszi például a galaxisok és halmazaik szerkezetének, vagyis az Univerzum megfigyelhető tartományában való eloszlásának magyarázatát. Mindazonáltal, ha a megfigyelési pontosság növekedésével, mondjuk az általános relativitáselmélet által előre nem látott anizotrópiát fedeznek fel, akkor ez ok arra, hogy Horzsava elméletéhez forduljunk. Horzsava elmélete annyira fiatal, hogy nem valószínű, hogy maga és az alapján levont következtetések megalapozottnak és általánosan elfogadottnak tekinthetők. Ennek ellenére mind az elmélet egésze, mind a következtetések nagyon érdekesek és fontosak.

Többdimenziós modellek

Az elmúlt évszázad során a gravitáció különféle elméletei így vagy úgy, független elméletekként, azaz „alulról” épültek fel. Az elmúlt évtizedekben a helyzet megváltozott: a gravitációs elméletek felépítését az alapvető elméletek fejlődése ösztönzi, a gravitáció különféle modelljei ezek részét képezik és „kristályosodnak” ezen elméletek határain belül. Vagyis teremtésük „felülről” jön. A „mindenről szóló elméletek” versenyzőiként az alapvető elméletek közé tartozik a gravitáció.

A „minden elméletének” a legfantasztikusabb körülmények között kell működnie, beleértve a Planck-energiákat is. Ekkor minden interakció egyként működik. Ezért az ilyen elméletek felépítése bizonyos mértékig extrapoláció. A legáltalánosabb feltételek mellett működő elméletről a mi világunk feltételeire való átmenet pedig annak közelítése lesz, amit alacsony energiájúnak neveznek. A „minden hozzávetőleges elméletében” szereplő megfigyelési hatásoknak legalább az általunk megfigyelt világban kell megjelenniük. A „minden elmélet gravitációs része” az alacsony energiájú határban az általunk ismert formát ölti, és az általános relativitáselmélet minden próbáján át kell mennie. Vegye figyelembe, hogy a „minden elméletének” egyes változatai az alacsony energiahatárban a GTR-t pontosan úgy tartalmazzák, mint a gravitációs részt.

Az alapvető elméletek fontos tulajdonsága, hogy általában mind a kozmológiai, mind a mikrovilági léptékeken 4-nél nagyobb tér-idő dimenziót használnak. A többdimenziós tér fogalma szükséges például a szuperhúrelmélethez általánosan elfogadott a legígéretesebb nagyenergiájú elmélet, amely egyesíti a kvantumgravitációt és az úgynevezett mérőmezők elméletét. Ennek az elméletnek az alacsony energiájú vonatkozásai például (9+1)-dimenziós (néha (10+1)-dimenziós) alapvető téridőt igényelnek, míg más dimenziók tilosak.

De hogyan lehet ez, hiszen csak 3 tér- és egy idődimenziót érzünk? A mikroméreteknél a további méretek tömörödnek (mintha „csövekbe” tekerték volna), és ez az oka annak, hogy ezeket nem szabad érzékelnünk. Egy ilyen térnek további dimenzióiban is vannak szimmetriái, amelyekre a különféle töltésekre vonatkozó megmaradási törvények adnak választ, ahogy a Minkowski-tér szimmetriáira az energiajellemzőkre vonatkozó megmaradási törvények.

A gyorsítókkal végzett kísérletek már a technológia jelenlegi szintjén fontosak lehetnek az alapvető elméletek megerősítéséhez. Például, ha az ismert részecskék úgynevezett szuperszimmetrikus partnereit fedezik fel a CERN-i Nagy Hadronütköztetőben, az azt jelenti, hogy a szuperszimmetria gondolata működik, és ezért egy fejlettebb gravitációs elméletet is fel lehet építeni a CERN keretein belül. húrelmélet.

De lehetnek a világnak kiterjesztett (nem tömörített) méretei? Az első nyilatkozatokat ebben az ügyben 1983-ban Valerij Rubakov és Mihail Shaposhnikov tette, akik továbbra is aktívan dolgoznak ezen a területen. Megmutatták, hogy az 5 dimenziós téridőben (4 dimenziós térrel) minden anyag csak egy 3 dimenziós térszakaszban koncentrálódhat. Felmerül a bránmodellek fogalma, ahol a világ, amelyben élünk, gyakorlatilag egy 3-dimenziós térben összpontosul, és ezért nem tapasztalunk további kiterjesztett térbeli dimenziókat.

Egy ideig a Rubakov-Shaposhnikov típusú modellek nem vonzották sok figyelmet. Az irántuk való érdeklődést elsősorban a kölcsönhatások hierarchiájának problémája kezdte felkelteni, amely magában foglalja a gravitációs kölcsönhatás rendkívüli gyengeségét is. Az elemi részecskék kölcsönhatásának leírásakor el lehet felejteni a gravitációs kölcsönhatást, mint teljesen jelentéktelen módosítást. De ha már vállalkoztunk világunk szerkezetének magyarázatára, akkor válaszolnunk kell arra a kérdésre, hogy miért olyan gyenge a gravitáció.

Kiderült, hogy a kiterjesztett extra dimenziókkal rendelkező többdimenziós modellek nagyon hasznosak lehetnek ezeknek a problémáknak a megoldásában. Sok ilyen modell létezik. A leghíresebb talán az a modell, amelyet Lisa Randall és Raman Sundrum amerikai kozmológusok javasoltak 1999-ben. Valójában két modellt kínáltak egymás után.

Az elsőben az 5 dimenziós világot mindkét oldalon két 4 dimenziós téridőszakasz határolja, amelyek közül az egyik a mi Univerzumunk (három térdimenzió plusz egy időkoordináta). A két brán közötti tér a „mechanikai” igénybevételük miatt erősen ívelt. Ez a feszültség oda vezet, hogy minden fizikai részecske és mező csak az egyik bránra koncentrálódik, és nem hagyja el azt, kivéve a gravitációs kölcsönhatást és a sugárzást. Ezen a bránon van gravitáció, de nagyon gyenge, és ebben a világban élünk. Az 5 dimenziós világ másik, számunkra elérhetetlen határán a gravitáció éppen ellenkezőleg, nagyon erős, és minden anyag sokkal könnyebb, és az anyagrészecskék közötti kölcsönhatások gyengébbek.

A második változatban a Randall és Sundrum modell nélkülözi a második határt. A teoretikusok jobban szeretik ezt a modellt. Lehetővé teszi számukra, hogy az ötdimenziós téridőben szeretett húrelméletüket a négydimenziós határon közönséges kvantumelméletté alakítsák. A tér ebben a modellben is erősen ívelt, és görbületi sugara határozza meg a további ötödik térdimenzió jellemző méretét. A bránokkal nem létezik véglegesen felismert modell, ezek a problémák azonosítása, megoldása, újbóli megoldása stb.

ábrán. A 3. ábra (balra) sematikusan ábrázol egy bránon lévő világot, ahol a fény (fotonok) terjed benne, de magát a bránt nem tudja elhagyni. ábrán. 3 (jobbra) azt mutatja, hogy ha a világunk egy bránon lenne, akkor „lebeghetne” a további dimenziók hatalmas kiterjedésében, amelyek továbbra is elérhetetlenek maradnak számunkra, mivel az általunk látott fény (és a gravitációs mezőn kívül) nem tud elhagyni a bránunkat. . Más bránvilágok is lebeghetnek körülöttünk.

Rizs. 3. Braneworld és több diszjunkt brán

A többdimenziós modellek mérlegeléséhez vezető másik gondolat az úgynevezett AdS/CFT megfelelés, amely a szupersztring elmélet egyik sajátos megvalósításaként merül fel. Geometriailag ez a következőket jelenti. A többdimenziós (általában 5 dimenziós) anti-de Sitter (AdS) téridőt tekintjük. Részletek nélkül az AdS-tér állandó negatív görbületű téridő. Bár ívelt, de ugyanannyi szimmetriája van, mint az azonos méretű lapos téridőnek, azaz maximálisan szimmetrikus. Ezután az AdS tér végtelenben lévő térbeli határát vesszük figyelembe, amelynek dimenziója ennek megfelelően eggyel kisebb. Tehát egy 5 dimenziós AdS tér esetében a határ 4 dimenziós lesz, vagyis valahol hasonló ahhoz a téridőhöz, amelyben élünk. Maga a megfeleltetés egy bizonyos matematikai kapcsolatot jelent e határvonal és az úgynevezett konformális (skálainvariáns) mezőelméletek között, amelyek ezen a határon „élhetnek”. Eleinte ezt a megfelelést csak pusztán matematikai vonatkozásban vizsgálták, de körülbelül 10 évvel ezelőtt rájöttek, hogy ez az elképzelés felhasználható az erős kölcsönhatások elméletének tanulmányozására is az erős csatolási rezsimben, ahol a hagyományos módszerek nem működnek. Azóta az AdS/CFT egyezést érintő (vagy tanulmányozó) kutatás csak lendületet kapott.

Az előző bekezdésben elmondottak alapján megfontolásunk szempontjából fontos, hogy a görbült téridőt vizsgáljuk – az AdS teret és annak határát. A működő modellek nem az ideális AdS-tereket veszik figyelembe, hanem az összetettebb megoldásokat, amelyek úgy viselkednek, mint az AdS, amikor aszimptotikusan közelítik a határt. Az ilyen téridő megoldást jelenthet a gravitáció egyik vagy másik többdimenziós elméletére. Vagyis az AdS/CFT levelezés ötlete újabb ösztönző a többdimenziós elméletek kidolgozására.

A bránmodellek (és más nagydimenziós modellek) egyik fő problémája annak megértése, hogy mennyire közel állnak a valósághoz. Leírjuk az egyik lehetséges tesztet. Emlékezzünk vissza a Hawking-fekete lyukak kvantumpárolgásának hatására. A nagy tömegű csillagok robbanásából származó fekete lyukak jellemző párolgási ideje sok nagyságrenddel hosszabb, mint az Univerzum élettartama; szupermasszív fekete lyukak esetében még nagyobb. A helyzet azonban megváltozik Randall és Sundrum 5 dimenziós térideje esetében. A bránunkon (más néven Univerzumunkon) lévő fekete lyukaknak sokkal gyorsabban kellene elpárologniuk. Kiderült, hogy az 5 dimenziós téridő szempontjából Univerzumunk fekete lyukai gyorsulással mozognak. Ezért hatékonyan veszítenek energiát (a normál Hawking-effektus mellett elpárolognak), mindaddig, amíg a zsugorodó fekete lyukak mérete nagyobb marad, mint az extra dimenzió mérete (olyan, mint a súrlódás ezzel a dimenzióval). Például, ha a kiegészítő dimenzió jellemző mérete 50 mikron lenne, ami laboratóriumban elég mérhető, akkor az egy naptömegű fekete lyukak nem élhetnének tovább 50 ezer évnél. Ha egy ilyen esemény történne a szemünk előtt, azt látnánk, hogy hirtelen kialszanak azok a röntgenforrások, amelyekben a fekete lyukba hulló anyag izzott.

Fekete lyukak a többdimenziós általános relativitáselméletben

Így lépésről lépésre a többdimenziós terek a különféle fizikai modellek szerves részévé válnak. Ugyanakkor az általános relativitáselmélet négynél több dimenzióra történő általánosítása (más módosítások és kiegészítések nélkül) is egyre nagyobb figyelmet kap, hiszen az ilyen általános relativitáselmélet egyes változataiban maga is az új elméletek része. És ez az egyik jelentős ösztönző a többdimenziós általános relativitáselmélet lehetséges megoldásainak keresésében és tanulmányozásában. Különösen a fekete lyukakra vonatkozó megoldások érdekesek és fontosak. Miért?

1) Ezek a megoldások elméleti alapot jelenthetnek a mikroszkopikus fekete lyukak elemzéséhez a húrelméletekben, ahol elkerülhetetlenül felmerülnek.

2) Az AdS/SFT megfeleltetés összekapcsolja a D-dimenziós fekete lyukak tulajdonságait a kvantumtérelmélet tulajdonságaival a (D–1)-dimenziós határon, amelyet fent röviden tárgyaltunk.

3) A jövőbeni ütköztetőkkel végzett kísérletek többdimenziós fekete lyukak születését sugallják. Regisztrálásuk lehetetlen tulajdonságaik ismerete nélkül.

4) És végül a klasszikus 4 dimenziós általános relativitáselmélet megoldásainak tanulmányozása a fekete lyukak tanulmányozásával kezdődött - a Schwarzschild-megoldással. Természetesnek tűnik a történelmi fejlődés logikájának követése.

Intuitív módon minél több a dimenzió, annál változatosabbak lesznek az elmélet megoldásainak tulajdonságai. Hogyan jelenik meg ez a fekete lyuk megoldásokban? A többdimenziós általános relativitáselméletben a megoldások sokfélesége két új tulajdonságnak köszönhető: a forgások nem triviális dinamikájának és a kiterjesztett eseményhorizontok kialakításának lehetőségének. Beszéljük meg őket. A közönséges általános relativitáselméletben 4-dimenziós téridővel a 3-dimenziós térben csak egy független forgás lehet. A tengelye (vagy ami ugyanaz, a rá merőleges forgássík) határozza meg. Az 5-dimenziós általános relativitáselméletben a tér (idő nélkül) 4-dimenzióssá válik, de a 3-dimenziós tér egyetlen független forgási tulajdonsága megmarad. De a 6-dimenziós általános relativitáselméletben, ahol a tér 5-dimenzióssá válik, két független forgatás lehetséges, mindegyiknek saját tengelye van, stb. Egy másik új tulajdonság, amely 4-nél nagyobb dimenziójú megoldásoknál jelentkezik, a kiterjesztett horizontok megjelenése. mit jelentenek? Ezek különböző méretű „fekete húrok” (egydimenziós) és „fekete bránák”.

Ennek a két új lehetőségnek a különböző változatokban való ötvözése oda vezetett, hogy a többdimenziós általános relativitáselmélet keretein belül számos olyan megoldás született, mint például a fekete lyukak, amelyeknek megvan a maga összetett hierarchiája. ábrán. A 4. ábra néhány ilyen megoldást mutat be. Ha a 4-dimenziós általános relativitáselméletben az ismert fekete lyukak eseményhorizontja általában gömb alakú, akkor a többdimenziósságban a helyzet jelentősen megváltozik. A horizontok húrokká degenerálódnak (ahogy már említettük), lehetnek tórusz alakúak stb. A 4-et némileg szimbolikusan kell értelmezni, mivel a valóságban ezek 3-dimenziós felületek a 4-dimenziós térben.

Rizs. 4. Helyhez kötött 5 dimenziós fekete lyukak

Ezeket a képződményeket ma már nem „fekete lyukaknak”, hanem „fekete tárgyaknak” nevezik. Többször is összekapcsolhatók, például a „fekete tórusszal” körülvett fekete lyukat „fekete szaturnusznak” nevezik. Ezen objektumok egy részét instabil megoldások határozzák meg, egy másik résznél lehetetlennek bizonyul a megőrzött mennyiségek helyes kiszámítása, de sok esetben nincsenek ilyen hibák. A tulajdonságok sokfélesége (elfogadható vagy megkérdőjelezhető) és egyes objektumok kidolgozott alakja ellenére azonban eseményhorizontjuk ugyanazzal az alapvető tulajdonsággal rendelkezik, mint egy Schwarzschild fekete lyuk horizontja: az anyagi test története metszéspontja után megszűnik létezni. külső szemlélő számára hozzáférhető.

Ez a kép nagyon-nagyon egzotikusnak tűnik, és úgy tűnik, nincs kapcsolata a valósággal. De ki tudja – egykor a fekete lyukakra vonatkozó megoldások távolinak tűntek a valóságtól, de ma már nem kétséges, hogy ezek az objektumok mindenhol benépesítik az Univerzumot. Lehetséges, hogy egy bránon élünk, és a külső 5 dimenziós világban van valami, mint a „fekete Szaturnusz”, és ennek a bránra gyakorolt ​​​​hatását észlelni fogják.

Bimetrikus és tömeges graviton elméletek

Emlékezzünk rá, hogy a gyenge gravitációs hullámok leírásához az általános relativitáselmélet dinamikus mérőszámát a lapos téridő és a metrika perturbációinak metrikájára osztottuk. Kiderült, hogy a háttértér szerepét betöltő Minkowski-térben hullámok formájában jelentkező zavarok terjedhetnek. A háttér lehet ívelt, de fixnek kell maradnia, azaz metrikájának megoldást kell adni az általános relativitáselméletre. Ezen a képen a háttér téridő metrika és metrikus perturbációk függetlenek. Ez az ábrázolás a gravitáció bimetrikus elméletének egyik változata, ahol az egyik metrika ismert és a háttértéridőt reprezentálja, a második, a dinamikus pedig a benne terjedő gravitációs tér szerepét tölti be. Ebben az esetben az ilyen leírást maga a GTR indukálja.

A bimetrikus elméleteket azonban az általános relativitáselmélet létezésére való hivatkozás nélkül építik fel, hanem független elméletként. Jellemző tulajdonságuk, hogy a háttér és a dinamikus metrikák egy effektív metrikává egyesülnek, ami viszont meghatározza az effektív téridőt, ahol minden fizikai mező terjed és kölcsönhatásba lép. A gyenge mezők és az alacsony sebességek határán általában az általános relativitáselmélet és a bimetrikus elmélet előrejelzései egybeesnek, és az összes vagy a legtöbb tesztet kielégítik, amelyeknek az általános relativitáselmélet is megfelel. Miért fordítanak figyelmet a bimetrikus elméletekre? Kialakításuk például lehetővé teszi a megőrzött mennyiségek egyszerűbb és következetesebb meghatározását. A kvantálás terén is vannak előnyeik.

Általában a bimetrikus elméletek esetében van legalább egy alapvető lehetőség az „aláréteg” – a háttér téridő – meghatározására. De lehet, hogy ez nem történik meg. Például a térgyengeségre való hivatkozás nélkül (vagyis pontosan, közelítések nélkül) az általános relativitáselmélet újrafogalmazható bimetrikus elméletként. Ebben az esetben alapvetően lehetetlen kísérletet vagy tesztet kitalálni a háttértéridő meghatározására, amely ezért segédtér-időt tölt be. De csak a hatékony téridő valóságos és megfigyelhető – ez valójában az általános relativitáselmélet tér-ideje.

Az általános relativitáselmélet ilyen bimetrikus ábrázolását térelméleti megfogalmazásnak nevezzük, abban az értelemben, hogy a gravitációs mezőt a segédtéridőben (mióta megfigyelhetetlen) az összes többi fizikai mezővel egyenlő feltételek mellett tekintjük.

Most térjünk vissza a középiskolához, és ne feledjük, hogy a fizika tankönyvek az úgynevezett hullám-részecske kettősségről beszélnek. Mit jelent ez? Kiderül, hogy egy adott mező terjedését a körülményektől függően akár részecskeként, akár hullámként tekinthetjük. Térjünk vissza az elektrodinamikára. A megfelelő amplitúdójú alacsony frekvenciájú jelet inkább hullámként rögzítjük, amely töltések rezgését használja fel a mezőjében. Másrészt a nagyfrekvenciás, de gyenge jel nagyobb valószínűséggel érzékelhető olyan részecskeként, amely kiüti az elektront a fotodetektorból. A foton részecske tömeg nélküli (nulla nyugalmi tömeggel). Térjünk rá egy másik jól ismert részecskére - az elektronra, annak van tömege. De kiderül, hogy a hullám „masszívsága” ellenére elektronhoz is köthető.

Ezek után emlékezzünk a gravitációs hullámokra, amelyeket az általános relativitáselmélet jósol. Az általános relativitáselmélet keretein belül ezek a hullámok nulla nyugalmi tömegű részecskéknek - gravitonoknak - felelnek meg. Lehetséges-e olyan gravitációs elméletet alkotni, amelyben a graviton nyugalmi tömege nem nulla? Miért ne, ha egy ilyen elmélet az alacsony térhatárban és az alacsony sebesség határában egybeesik az általános relativitáselmélettel, és kielégíti a teszteket. Ezen elméletek története a masszív gravitációval kezdődik, amelyet Markus Fierz (1912–2006) és Wolfgang Pauli svájci teoretikusok javasoltak 1939-ben.

Azóta többé-kevésbé rendszeresen megjelentek az ilyen elméletek változatai. Az utóbbi időben megnőtt az érdeklődés irántuk, mivel a tömeges gravitáció változatai megjelennek az alapvető elméletekben, például a szuperhúrelméletben. Egyes bránokkal felszerelt modelleknél a masszív graviton az előnyösebb. A tömeges gravitációs elméletek bizonyos értelemben a bimetrikus elméletek egyik fajtája: közös jellemzőjük, hogy egy dinamikus tenzormező egy rögzített téridőben terjed, ami általában alapvetően megfigyelhető. Általában a határértékben, amikor a graviton tömege nullára hajlik, az ilyen elméletek az általános relativitáselméletbe kerülnek. Ha a gyenge mezők és az alacsony sebességek határán egybeesnek az általános relativitáselmélettel, akkor erős mezőkben és kozmológiai skálákon eltérnek az általános relativitáselmélettől, más hatásokra utalva. Például kiderülhet, hogy a fekete lyukak megoldásai helyett a horizont nélküli szingularitások („csupasz szingularitások”) megoldásai, a táguló univerzum helyett pedig az oszcilláló univerzumok jelennek meg.

Ezeknek az előrejelzéseknek a megbízhatóságát még nem lehet közvetlenül ellenőrizni, ez továbbra is további kutatások tárgya. Eddig a tömegvonzás elméleteinek volt egy közös hibája, hogy megoldásaik bizonyos állapotokat hoznak létre negatív energiával. Ezeket az állapotokat „szellemeknek” nevezik, ésszerű fogalmak keretein belül nem magyarázhatók, ezért nem kívánatosak. A szó szoros értelmében a közelmúltban azonban megjelentek a tömeges gravitáció „szellemek” nélküli változatai.

Newton törvénye

Az egyetemes gravitáció törvénye után

vita a harmadik olvasatban volt

felülvizsgálatra küldve...

Folklór

Newton törvényének ellenőrzése. A Newton-törvény megértése még mindig nagyon fontos szerepet játszik a gravitáció fogalmának általános megértésében. Hogyan tesztelhetjük laboratóriumi körülmények között, hogy egy bránon (vagy más többdimenziós világon) élünk-e, bár nem tudunk „kilépni” egy további dimenzióba? Emlékezzünk arra, hogy a gravitáció, más kölcsönhatásoktól eltérően, mind az öt dimenzióban kiterjed. Hogy ezt a tényt használjuk, fejtsük ki a Newton-törvény geometriai jelentését. Mint emlékszünk, azt állítja, hogy a gravitációs kölcsönhatás ereje fordított arányban csökken a távolság négyzetével ~ 1/r2. Most emlékezzünk egy képre egy iskolai fizika tankönyvből, ahol egy erő hatását erővonalak írják le. Egy ilyen képen az adott r távolságon lévő erőt az r sugarú gömbön „átszúró” erővonalak sűrűsége határozza meg: minél nagyobb a gömb területe, annál kisebb a vonalak sűrűsége, és ennek megfelelően, az erőt. A gömb területe pedig arányos r2-vel, ami közvetlenül követi a távolságtól való függést a Newton-törvényben. De ez egy 3 dimenziós térben van, ahol a gömb területe arányos r2-vel! A 4-dimenziós térben a környező gömb területe arányos lesz r3-mal, és ennek megfelelően Newton törvénye megváltozik - a gravitációs kölcsönhatás ereje fordított arányban csökken a távolság kockájával ~ 1/r3, stb.

Ha az inverz kockatörvény a Naprendszer léptékében zajlott volna, akkor nyilvánvaló, hogy Newton fogalmazta volna meg. Ez azt jelenti, hogy kis léptékben kell keresnünk. Ugyanakkor a Newton-törvény tesztelése is fontos néhány ígéretes többdimenziós elmélet esetében, ahol további méreteket tömörítenek (összecsuknak), méretük pedig természetesen kisebb, mint a bolygóké. Azonban elérhetik a tíz mikrométert. Amikor Randall és Sundrum először javasolta elméletét, Newton törvényét csak méteres léptékben tesztelték. Azóta a tudósok több nagyon összetett (a gravitáció gyengesége miatt) kísérletet végeztek apró torziós mérlegekkel, és mára a laboratóriumi határértékek jelentősen csökkentek, és közelítenek a tömörítés mértékéhez.

Rizs. 5. Torziós mérleg a fordított négyzettörvény ellenőrzéséhez

A modern mérések megállapították, hogy a kiegészítő méret mérete legfeljebb 50 mikron. Kisebb léptékeknél a fordított négyzettörvény meghibásodhat. ábrán. Az 5. ábra egy torziós egyensúly diagramját mutatja a Newton-féle fordított négyzettörvény teszteléséhez. Maga a készülék egy vákuumlombikba van helyezve, gondosan elszigetelve a zajtól, és modern elektronikus elmozdulásérzékelő rendszerrel van felszerelve.

Nyilvánvaló, hogy ez a fajta kísérlet óriási technológiai nehézségekkel jár, és további előrelépéshez kapcsolódik a kísérlet világűrbe vitele. A helyzet az, hogy a Newton-törvény kis korrekciói a bolygó perihéliumának számított eltolódásához is vezetnek (Einsteinével együtt). A Hold lézeres mérése évszázadonként 10–11 radián pontossággal igazolta az Einstein-eltolódást. De a következő sorrendben néhány többdimenziós modell hatása megnyilvánulhat.

Az első próbálkozásokat egy ilyen helyen a 60-as évek elején hajtották végre mind amerikai, mind szovjet kutatók. De a lézersugarat erősen szétszórta a felület, és a mérési pontosság alacsony volt - akár több száz méterig is. A helyzet nagyot változott, miután az amerikai Apollo és a szovjet Luna küldetések sarokreflektorokat szállítottak a Holdra, amelyek ma is használatban vannak (sajnos a szovjet holdprogramot 1983-ban törölték).

Hogyan történik ez? A lézer jelet küld egy távcsőn keresztül, amely egy reflektorra irányul, és rögzíti a jel kibocsátásának pontos idejét. A Hold felszínén lévő jel sugárnyalábja 25 km2 (a sarokreflektorok területe kb. 1 m2). A Holdon lévő műszerről visszaverődő fény körülbelül egy másodpercen belül visszatér a teleszkópba, majd körülbelül 30 pikoszekundumot vesz igénybe. A foton utazási ideje lehetővé teszi a távolság meghatározását, és ez most körülbelül két centiméteres pontossággal történik, néha a pontosság eléri a több millimétert is. És ez 384 500 km távolságra van a Föld és a Hold között!

Módosított Newtoni dinamika (MOND). De Newton törvénye megsérthető a bolygórendszereknél lényegesen nagyobb léptékeken. A csillagrendszerek rendellenes mozgásai és forgásai „provokálták” a „sötét anyag” keresését, amelyben galaxisok, galaxishalmazok stb. merülnek el.

Mi van akkor, ha magát a Newton-törvényt sértik meg ezeken a skálákon? Az eredeti MOND elméletet Mordechai Milgrom izraeli fizikus dolgozta ki 1983-ban a "sötét anyag" alternatívájaként. A Newton-féle inverz négyzettörvénytől való eltéréseket ezen elmélet szerint egy bizonyos gyorsuláson kell megfigyelni, és nem egy bizonyos távolságon (emlékezzünk Horzava elméletére, ahol Newton törvénye a sebességek hatására változik).

A MOND sikeresen megmagyarázza a galaxisokban megfigyelt mozgásokat. Ez az elmélet azt is megmutatja, hogy a várt forgási mintától való eltérések miért a legnagyobbak a törpegalaxisokban.

Az eredeti elmélet hátrányai:

1) nem tartalmazza az olyan relativisztikus hatásokat, mint az STR vagy a GTR;

2) megsértik az energia, az impulzus és a szögimpulzus megmaradásának törvényeit;

3) belsőleg ellentmondásos, mivel különböző galaktikus pályákat jósol a gázok és a csillagok számára;

4) nem teszi lehetővé a galaxishalmazok gravitációs lencséinek kiszámítását.

Mindez további jelentős javulást eredményezett – a skalármezők beépítésével, relativisztikus formára redukálásával stb. Minden változás, egy ellenvetést megszüntetve, újabbat okozott, de a kutatók nem veszítik el az optimizmust.

Anomália "Úttörők". A Pioneer 10 és Pioneer 11 automatikus bolygóközi állomásokat 1972-ben és 1973-ban indították a Jupiter és a Szaturnusz tanulmányozására. Teljesen megbirkóztak azzal a küldetésükkel, hogy közelebb kerüljenek ezekhez a bolygókhoz és adatokat továbbítsanak róluk, ahogy mondják, első kézből. Az utolsó jel a Pioneer 10-től 2003 elején érkezett, több mint harminc év folyamatos működés után. Ebben a pillanatban az űrszonda már 12 milliárd kilométerre volt a Naptól. ábrán. A 12.6. ábra a Pioneer-10 készülék fényképét mutatja.

A meglepő az volt, hogy amint a Pioneers áthaladt az Uránusz pályáján (1980 körül), az emberek a Földön kezdték észrevenni, hogy az eszközök által küldött rádiójelek frekvenciája a spektrum rövidhullámú részére tolódik el. aminek nem szabadna így lennie, ha mozgásuk a newtoni dinamikának felel meg (az általános relativisztikus elmélet relativisztikus hatásainak hatása a Naptól és a bolygóktól ilyen távolságban sokkal gyengébb).

Hétköznapi szempontból a hatás természetesen triviálisnak tűnik - 10 milliárdszor kisebb, mint a Föld gravitációs mezőjéből tapasztalható gyorsulás. De lényegesen meghaladja az általános relativitáselmélet relativisztikus hatásait! A rejtélyes jelenség legáltalánosabb magyarázata lehet például az alacsony tolóerős motorok visszamaradó gáznemű tüzelőanyagának szivárgása, a kozmikus porra való fékezés stb. Ezek a hatások azonban átmenetiek, és az anomália több mint 20 éve stabil. .

Egyes tudósok azon töprengtek, vajon a Pioneer anomáliát előidézhetik-e olyan eddig ismeretlen tényezők, amelyek csak a Naprendszeren kívül hatnak (a Newton-törvény változása). Még az antianyagot, a sötét anyagot és a sötét energiát tartalmazó modelleket is figyelembe vették.

Kjell Tangen norvég fizikus átfogóan elemezte a helyzetet, és arra a következtetésre jutott, hogy a gravitációs törvény egyik ismert módosítása sem írja le az anomáliát. Valójában ezek a változások nem vezethetnek a Naprendszer külső bolygóinak mozgásának leírásához. Így a Newton-törvény megváltoztatásával Tangen elkerülhetetlenül helytelen eredményeket kapott az Uránusz és a Plútó mozgásának leírására.

Az „Úttörők” titkát a közelmúltban, 20 évnyi munka eredményeként oldotta meg Vjacseszlav Turisev, a SAI MSU végzettségű csoportja, aki jelenleg a NASA pasadenai Jet Propulsion Laboratory-ban (JPL) dolgozik. A csoport létszáma különböző időpontokban 20-tól 80 főig terjedt. Viszonylag a közelmúltban sikerült kellőképpen megfejteni a csodával határos módon megőrzött további adatokat a Pioneerstől, amelyek korábban az archaikus fájlformátumok és információhordozók (szalagos szalagok) miatt elérhetetlenek voltak. Kezdetben több mint 20 tényezőt elemeztek, amelyek a hatáshoz vezethetnek. A csoport rendelkezésére állt a múzeumban tárolt ikereszközök másolata - a harmadik Pioneer, amelyet a repülés előtti tesztek után hagytak a Földön, amely lehetővé tette a legjobb minőségű alkatrészek kiválasztását az űrbe. Ezt az eszközt alaposan tanulmányozták.

Különböző okok miatt sorra utasították el a hatásra jelölteket. Végül egyetlen lehetséges ok maradt, amelyet szenvedéllyel tanulmányoztak. A készülék egy körülbelül 3 méter átmérőjű, kommunikációt szolgáló parabola antenna, valamivel kisebb dobozban elhelyezett berendezéssel felszerelve. A berendezés ilyen sokáig bírja a szintén ebben a dobozban elhelyezett atomelem energiájának köszönhetően. Ennek eredményeként a doboz felforrósodik. Az antenna mindig a Föld felé irányul, így a doboz mögötte van.

Turyshev csoportja számítógépes térképet állított össze a hőeloszlásról az egész készülékben. Kiderült, hogy a készülék hátsó része (a Földdel szemben) valamivel melegebb, mint az eleje. Vagyis több energiájú foton hagyja el a készüléket a Földdel ellentétes irányba, mint amennyi a Föld felé repül. Valójában a „fotonmotor” működik, ami ebben az esetben lelassítja az eszközök „repülését” a Naprendszerből. A számítási adatok nagyon jól egyeznek a megfigyelt hatásadatokkal. Ennek a „motornak” az ereje összemérhető az autó fényszóróinak „visszarúgásának” erejével, ami szintén lelassítja, mint egy fotonmotor. Ezt a képletes összehasonlítást maga Turysev adta.

Kérdések merülnek fel. Miért csak 8 év után fedezték fel a hatást? A tény az, hogy létezik olyan jelenség is, mint a napszél. Amíg az eszközök el nem érték az Uránusz pályáját, a hatása uralkodó volt, és az „anomália” egyszerűen belesüllyedt. Nagyobb távolsággal az „anomália” hatása erősebbé vált, mint a szél hatása, és kiderült. Miért gondolják, hogy az anomális erő a Nap felé irányul, mivel az antenna a Föld felé irányul? A helyzet az, hogy már az Uránusz pályájától távol, a Föld pályája egy kis nyílásszögű körnek tekinthető. Ebben az esetben lehetetlen megkülönböztetni, hogy az antenna merre mutat (a Földre, a Föld pályájának egy másik pontjára, a Napra) - ez körülbelül ugyanaz.

Foglaljuk össze. Az „Úttörők” anomáliáját közönséges egyszerű jelenségek magyarázzák, és a Newton-törvény és általában a gravitációs elméletek felülvizsgálata nem szükséges magyarázatához.

Mi javítja tovább a megfigyelések pontosságát

Pontosság nagyon gyakran

pontatlannak bizonyul.

Dmitrij Lihacsov

Nagyon fontos az alapkonstansok állandóságának ellenőrzése. Ehhez összehasonlítják az Univerzum legtávolabbi objektumainak különféle megfigyeléseit a Naprendszerben végzett megfigyelésekkel, és ezeket összevetik a Földön végzett laboratóriumi kísérletek eredményeivel, sőt a geológiában és őslénytanban nyert adatokkal is. Az elemzés különböző időskálákat használ, egyrészt a kozmológiai és asztrofizikai evolúció által meghatározott, másrészt a modern atomi szabványok alapján. Ezenkívül az ezektől az állandóktól jelentősen függő jelenségeket a különböző korszakokra hasonlítják össze.

A gravitáció szempontjából elsősorban a gravitációs állandó a fontos. Pontos jelentése szükséges egy adott alternatív elmélet paramétereinek meghatározásához, vagy akár életképességének meghatározásához – emlékezzünk Horzava elméletére. A bolygópályák paramétereinek állandósága a gravitációs állandó stabilitásától függ. A Naprendszerben végzett kutatások évi 10–13–10–14 relatív pontossággal igazolták a gravitációs állandó változatlanságát. A mérési pontosság pedig folyamatosan javul.

Mennyire fontos a csillagászati ​​forrásokból származó gravitációs hullámok keresése egy új elmélet felépítése szempontjából? Ebben az értelemben maga a gravitációs hullámok regisztrálása valószínűleg nem ad azonnal sok információt. De a regisztráció ténye végre megerősíti a modern kutatás helyességét, és el lehet majd utasítani a teljesen marginális elméleteket. Csak később, amikor lehetővé válik a sugárzás részleteinek elemzése (például a polarizáció), akkor válik lehetővé a gravitációs elméletek kiválasztásához vagy módosításához. A gravitációs sugárzás sebességének meghatározása az alternatív elméletek, például a tömeges graviton számára is korlátokat fog jelenteni; stb.

Valamiféle kísérleti áttörésre van szükség egy új elmélet megalkotásához, vagy válassz a már megépített elméletek közül? Igen, természetesen új és pontosabb empirikus adatokra van szükség. De ezt nem szabad áttörésnek nevezni, hanem inkább következetes erőfeszítések eredményének. A dolgok állása a következő: az elmúlt 100 évben a mérések pontossága 3-4 nagyságrenddel nőtt. A modern technológiák azt ígérik, hogy jelentősen felgyorsítják a folyamatot. Különféle becslések szerint a következő 25-30 évben további 3-5 nagyságrenddel nő a pontosság. Ez pedig sok előrejelzés szerint minden okot ad (és ezt igyekeztünk megmutatni), ha nem is a következő években, de a következő 10-20 évben elképesztően érdekes és fontos felfedezésekre számíthatunk. Ezenkívül a legtöbb kutató úgy véli, hogy a pontosság ilyen növelése elegendő lesz egy új elmélet meghatározásához.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete