Тема: Расширенные теории гравитации и возможности их наблюдательной проверки в небесной механике и космологии

Общая теория относительности (ОТО) является стандартной теорией гравитации в задачах астрономии, астрофизики, космологии и фунда­ментальной физики. В связи с этим ОТО используется во многих важных прикладных вопросах, таких как навигация космических аппаратов и на­земных объектов (с помощью систем спутниковой навигации1), геодезия, обеспечение нужд точного времени и т. д. С момента своего первого экс­периментального подтверждения в 1919 г. общая теория относительно­сти Эйнштейна стала одним из основных инструментом теоретического изучения Вселенной на самых разных масштабах. Возникло множество направлений исследования на границе между астрономией, космологией и теоретической физикой, развитие которых привело научное сообщество к идее построения новой — расширенной теории гравитации.
С точки зрения теоретической физики аргументом в пользу создания обобщенной теории гравитации является невозможность непосредствен­ного квантования ОТО и полного описания ее на языке современной тео­рии поля. Со стороны астрономии это необходимость объяснения таких феноменов, как ускоренное расширение Вселенной и наличие так назы­ваемой «темной материи». Другой проблемой ОТО является возникно­вение сингулярностей — точек пространства или моментов времени, ко­гда величины, описывающие свойства пространства-времени, становятся бесконечными. В настоящее время предложено множество теорий грави­тации, обобщающих ОТО, однако возможности их экспериментальной проверки в наземных экспериментах в настоящее время весьма ограни­чены из-за малости предсказываемых ими эффектов. Существенных ре­зультатов можно достичь, используя методы астрономии и космологии. Эти разделы науки изучают огромные масштабы и экстремальные со­стояния вещества, где больше вероятность проявления новых эффектов. Точность измерения параметров движения небесных тел и космических аппаратов в небесной механике и астрометрии оченв высока и продолжа­ет расти. Это позволяет исполвзоватв методах данных наук в попытках экспериментальной проверки расширенных теорий гравитации.
Так как любая обобщенная теория гравитации должна соответство­вать наблюдениями и включать в себя ОТО как предельный случай, она, с необходимостью, должна содержать в себе решения типа черная дыра и, в то же время, корректно описывать эволюцию Вселенной на космоло­гических масштабах. Метрика Шварцшильда используется в астрономии для описания сферически-симметричного распределения вещества, а в пределе слабого поля описывает и Солнечную систему (если массой пла­нет по сравнению с массой Солнца можно пренебречь). Следовательно, чтобы судить об адекватности теорий гравитации можно рассмотреть их структуру в низкоэнергетическом приближении путем нахождения аналогов решения Шварцшильда и дальнейшего их исследования на на­личие отклонений от ОТО и соответствие наблюдениям. Перспективы обнаружения таких отклонений стимулируют проведение новых грави­тационных исследований и, в особенности, экспериментов космического базирования [1].
Аналогично можно действовать и в космологии. Исследование космо­логических моделей в рамках расширенных теорий гравитации позволя­ет судить о соответствии теории наблюдаемой картине мира. Дополни­тельно такое исследование потенциально может дать естественное объяс­нение таким феноменам как темная материя и темная энергия. Заметим, что на больших пространственных масштабах, таких, как, например, га­лактические и космологические, ОТО еще не подвергалась серьезным экспериментальными проверкам [1]. Существует мнение, что явления темной материи и темной энергии сигнализируют о несостоятельности ОТО на этих масштабах. Эта возможность стимулирует исследования расширенных теорий гравитации.
Поэтому поиск в рамках расширенных теорий гравитации различных типов решений и последующее их исследование методами астрономии, космологии и небесной механики, а также сравнение свойств решений с наблюдательными данными позволяет судить об адекватности различ­ных моделей и теорий гравитации. Кроме того, в ближайшем будущем станут возможны наблюдения регионов в непосредственной близости от горизонта предполагаемой сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, что позволит проверитв предсказания различнвхх теорий гра­витации в режиме болвших масс и силвной кривизнах пространства, что делает исследование предсказаний этих теорий актуальным.
Купить

Сделан вывод о возможности согласования решения с наблюдениями, однако во избежание противоречий необходимо нало­жить более строгие ограничения на параметры модели.
Показано, что условие положительно определенной кинетической энер­гии скалярного поля 3q2/2 + ! > 0, предложенное Элизаде и др. не согласуется с ограничением, наложенным на ППН-параметры модели |!|/q2 > 105. Таким образом, астрономические наблюдения свидетель­ствуют о том, что скалярное поле модели имеет отрицательно опреде­ленную кинетическую энергию.
Сделан вывод, что модель [4] может быть согласована с наблюдатель­ными данными астрономии, космологии и небесной механики.
В Заключении сформулированы Положения диссертации, выноси­мые на защиту и выводы, а также Благодарности.
В диссертации показано, что с помощью комбинации в исследовании методов космологии и небесной механики можно судить о релевантности расширенных теорий гравитации на различных масштабах, с позиций различных подходов и с использованием различных наборов данных. Такой подход к исследованию расширенных теорий позволяет прово­дить более всестороннее исследование, искать возможные наблюдатель­ные проявления таких теорий и сравнивать их предсказываемые вели­чины с наблюдательными данными, тем самым подвергая эти теории экспериментальной проверке.
Купить