Пространство, время и фундаментальные взаимодействия @stfi
Статьи журнала - Пространство, время и фундаментальные взаимодействия
Все статьи: 400
Модель открытой Вселенной с космологической постоянной как задача о движении частицы в силовом поле
Статья научная
Рассмотрена возможность нахождения точных космологических решений уравнений Эйнштейна с космологической постоянной для открытой модели вселенной путем сведения проблемы к эквивалентной задаче о движении массивной частицы в силовом поле. Взятая космологическая модель заполнена материей в приближении идеальной жидкости с отличными от нуля давлением и космологической постоянной, вообще говоря. Метрика четырехмерного пространства-времени берется в форме Фока как метрика, конформная метрике Минковского с зависимостью от одной переменной, квадрат которой есть произведение опережающего и запаздывающего времен. Использование механической интерпретации для уравнений тяготения приводит к возможности рассмотрения различных силовых полей, в частности потенциальных, с последующей физической интерпретацией получаемых точных космологических решений. Прежде всего, рассматривается движение свободной частицы единичной массы (механическая сила отсутствует), то есть частица движется по инерции. Конформный множитель космологической конформно-плоской метрики есть четвертая степень найденного закона движения. Этот случай при отсутствии космологической постоянной соответствует точному космологическому решению без давления, совпадающему с известным решением Фридмана для открытой Вселенной. Затем рассматривается силовой потенциал в виде линейной функции. Полученное точное космологическое решение, асимптотически описывает как некогерентную пыль, так и ультрарелятивистскую материю, которую можно было бы интерпретировать как равновесное излучение. Далее в качестве потенциала выбирается квадратичная функция без линейного члена и постоянной. Такой потенциал можно интерпретировать как потенциал свободного осциллятора отвечающего линейной по смещению силе (силе Гука). Решение соответствующего уравнения движения записывается в виде функции косинуса с некоторой начальной фазой, связанной с отношением параметров, определяющих пылевидную и ультрарелятивистскую материю. Этот вывод становится очевиден после асимптотического рассмотрения давления и плотности энергии. Космологическая модель оказывается обобщением решения Фридмана с равновесным излучением и веществом, которые заполняют вселенную. Рассмотрены примеры моделей при наличии космологического члена.
Бесплатно
Модель фотона: электромагнитное поле или концепция дальнодействия
Статья научная
Объективное существование фотона должно быть связано с его индивидуальным существованием. В этой связи рассматриваются особенности поведения фотонов, как индивидуальных квантовых частиц в раз- личных экспериментальных ситуациях. При наблюдении трехлучевой интерференции оказывается, что до момента фотодетектирования в световом поле (если оно существует) одновременно должны присутствовать и однофотонное, и двухфотонное состояния, хотя энергии на их существование вдвое меньше требуемой. Возникающая парадоксальная ситуация вряд ли может быть описана какой-то наглядной ло- кальной моделью. Приходится использовать некую эмпирическую нелокальную модель фотона, позволя- ющую предсказать его нетривиальное поведение. С ее помощью рассмотрены варианты интерференции одиночного фотона во времени и возможности формирования им стоячей волны с мертвыми зонами на пути его распространения, т.е. фактически с прерывистой траекторией (опять же, если она существует). Интересна также ситуация самоинтерференции еще не рожденного одиночного фотона в резонаторе. Все это ставит трудные вопросы на пути поиска адекватной интерпретации квантовой теории и все более склоняет к принятию концепции дальнодействия.
Бесплатно
Модель хиггсовской инфляции и наблюдательные данные
Статья научная
Мы рассматриваем хиггсовскую инфляцию в картинах Йордана и Эйнштейна. Получены новые решения в режиме медленного скатывания для хигссовской инфляции с неминимальной связью с гравитацией. Эти решения при определенных ограничениях согласуются с наблюдательными данными. Также получены решения в случае слабого поля в картине Эйнштейна.
Бесплатно
Модификация кватернионного метода описания поворотов с помощью ортогональных проекций
Статья научная
Кватернионы являются достаточно новым инструментом физических исследований, которые позволяют решить ряд новых задач (например, в описании спиноров в квантовой механике). В работе рассматривается важная для физики задача - задача описания поворотов векторов в трехмерном пространстве вокруг заданной оси. Известный метод описания поворотов с помощью кватернионов модифицируется путем разложения поворачиваемого вектора на его проекцию на ось вращения и ортогональную составляющую. Такой подход значительно упрощает вычисления, позволяет избежать двойного умножения на кватернион, вычисления обратного кватерниона и не требует использования половинного угла вращения. Преимущества метода демонстрируется с помощью параллельного решения одной и той же задачи двумя методами.
Бесплатно
Модифицированная ньютоновская динамика (MOND) и ее возможные интерпретации
Статья научная
Модифицированная ньютоновская динамика (MOND) призвана описать кривые вращения галактик и ряд других астрофизических явлений без привлечения гипотезы «темной материи», которая испытывает па сегодняшний день серьезные трудности. Будучи весьма простой и содержательной по своим следствиям, она оставляет ряд вопросов относительно того, какая физика лежит в ее основе. В частности, остается пока неясной природа «фундаментального ускорения» и его связь с постоянной Хаббла. В данной работе после краткого обзора двух вариантов MOND предлагается третий путь обоснования отклонений от ньютоновской теории, осповаппый па изменении классических пространственно-временных представлений па больших расстояниях. В рамках предложенного подхода рассмотрен эффект отклонения лучей света массивным телом.
Бесплатно
Мониторинг электромагнитных полей инфранизкочастотного диапазона пограничного слоя атмосферы земли
Статья научная
Электромагнитное поле Земли (ЭМПЗ) представляет собой высокочувствительный вид переносчика информации о процессах земных и космических. Исследования в инфранизкочастотном диапазоне различных процессов требуют разнесенного в пространстве мониторинга электромагнитных полей, так как для достоверного обнаружения изучаемого ИНЧ процесса в таком частотном диапазоне его необходимо зарегистрировать на ряде разнесенных в пространстве (на сотни и тысячи километров) станциях. Цели проводимых и обсуждаемых в данной статье исследований связаны с изучением структуры сигналов, вызванных такими геофизическими процессами в электромагнитном поле пограничного слоя атмосферы как лунно-солнечные приливы, сейсмические процессы.
Бесплатно
Монотонная сплайн-интерполяция класса C2 на основе однопараметрических групп диффеоморфизмов
Статья научная
В работе обсуждаются вопросы построения сплайн-интерполянтов класса 𝐶2, сохраняющих монотонность исходных данных, с использованием однопараметрических групп диффеоморфизмов единичного отрезка [ 0, 1]. Выбор локальных интерполянтов в виде суперпозиций диффеоморфизмов, принадлежащих определенным однопараметрическим группам, гарантирует для строго монотонных данных сохранение монотонности получаемым интерполянтом. Как и в случае кубических сплайнов, для обеспечения повышенной (класса 𝐶2) гладкости интерполянта достаточно потребовать, чтобы выполнялись условия непрерывности второй производной интерполянта во внутренних узлах заданной сетки. В работе для интерполянтов рассматриваемого типа получен явный вид соответствующих уравнений и предложен способ их численного решения. При этом для одной разновидности таких интерполянтов уравнения оказываются нелинейными, но их можно легко решить методом Ньютона; другая же разновидность обсуждаемых интерполянтов вообще не требует решения каких-либо уравнений: достаточно вычислить требуемые значения пер- вой производной во внутренних узлах, используя метод среднего гармонического (HMM). Проведенные вычисли- тельные эксперименты подтвердили эффективность предложенного подхода.
Бесплатно
Статья научная
Сверхмассивные объекты в центрах ближайших галактик являются хорошим местом для проверки общей теории относительности. Наблюдение теней таких объектов может помочь сделать выбор между моделью сверхмассивной черной дыры либо кротовой норы для центрального объекта. А также обеспечить надежные измерения основных параметров метрики в случае черной дыры: спина и массы. Реализуемый в Астро космическом центре ФИАН (АКЦ ФИАН) проект наземно-космического интерферометра субмиллиметрового диапазона (проект “Миллиметрон”) позволит получить изображения теней центральных сверхмассивных объектов, а также исследовать тонкую структуру тени, такую как фотонные кольца (линзированные изображение аккреционного диска, образуемые лучами, делающими несколько полуоборотов вокруг центрального массивного объекта) для нескольких десятков ближайших галактик.
Бесплатно
Нагрев межзвездной пыли как метод обнаружения черных дыр
Статья научная
Изучается процесс нагрева межзвездной пыли в Галактике фотонами излучения Хокинга и на его основе строятся ограничения на долю первичных черных дыр (ПЧД) в темной материи. Рассматривается два распределения ПЧД, в одном из которых они однородно распределены во Вселенной, а в другом — повторяют профиль темной материи Галактики. В качестве профиля темной материи используется сферически-симметричный профиль Наварро — Френка — Уайта. При этом в обоих случаях предполагается, что межзвездная пыль равномерно распределена в Галактике. Также изучается нагрев межзвездной пыли в молекулярном облаке, расположенном в Центральной Молекулярной Зоне Галактики (ЦМЗ). Рассчитывается температура пыли в молекулярном облаке в зависимости от расстояния до ПЧД и строится спектр излучения пылинок.
Бесплатно
Статья научная
Нейтронные звёзды исследовались в различных модифицированных теориях гравитации. Цель данной работы - исследование конфигураций нейтронных звёзд в рамках теории гравитации с неминимальной кинетической связью скалярного поля и кривизны. В качестве уравнения состояния вещества было использовано не только модельное политропное уравнение, но и реалистичные уравнения состояния, относящиеся к подклассу BSk. Были изучены параметры звезд, в том числе получены диаграммы «масса- радиус» для различных значений параметра неминимальной связи ℓ.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются модели нейтронных звезд в теории гравитации с неминимальной производной связью скалярного поля и тензора Эйнштейна при наличии заряда Q скалярного поля. В качестве уравнения состояния используется не только модельное политропное, но также реалистичные уравнения состояния нейтронного вещества. В данной работе показано, что вне зависимости от вида уравнения состояния, скалярное поле становится комплексным при Q≠0, что возможно свидетельствует о неустойчивости решения с заряженным скалярным полем. В данной работе также обсуждаются свойства уравнений состояния, связанные с ограничениями на скорость распространения звука.
Бесплатно
Некоторые геометрические следствия криволинейного равноускоренного движения
Статья научная
Исходным пунктом данной статьи является преобразование в криволинейно движущуюся равноускоренную систему отсчёта, которое было получено в предыдущей статье. С помощью этого преобразования определяется закон движения точек равноускоренной системы отсчёта s как функция лабораторного времени. Находится также скорость движения точек s. Вычисляется длина линейки её системы координат. Оказалось, что эта длина отличается от обычно принятой длины, вычисленной по формуле Фитцджеральда - Лоренца. Кроме того, находится уравнение траектории, по которой движется начало отсчёта s. Эта траектория оказалась гиперболой.
Бесплатно
Некоторые способы вычисления параметров криволинейного равноускоренного движения
Статья научная
Тремя эквивалентными способами вычислены параметры общего криволинейного движения в лабораторной системе S* равноускоренной системы отсчёта s. Один из этих способов есть буст из системы отсчёта, в которой s движется прямолинейно с сохранением ориентации. Другой способ заключается в решении уравнений обратной задачи кинематики. Третий способ состоит в решении уравнений движения тетрады. Тем самым показано, что уравнения обратной задачи кинематики и тетрадные уравнения можно считать обоснованными. Также в статье найдено в явном виде преобразование в криволинейно движущуюся равноускоренную систему отсчёта и доказано утверждение, что в системе отсчёта S* собственная прецессия Томаса и вращение Вигнера системы s противоположно направлены и компенсируют друг друга.
Бесплатно
Неминимальная теория поля: I. Расширение модели Эйнштейна-Янга-Миллса
Статья научная
Неминимальная теория поля призвана расширить идею геометризации моделей взаимодействия различных физических систем с полем тяготения за счёт введения новых перекрестных связей, в которых ключевую роль играет кривизна пространства-времени. В настоящее время данная наука рассматривается только как формальное объединение моделей неминимального взаимодействия скалярного, псевдоскалярного, векторного, электромагнитного и калибровочного полей с гравитационным полем, однако, на повестке дня уже стоит задача формирования фундаментальных принципов неминимальной теории поля как отдельной науки. В данной работе на примере теории калибровочных взаимодействий обсуждаются некоторые общие аспекты построения неминимальной теории поля и приводятся примеры, иллюстрирующие принципиально новые результаты, полученные авторами в рамках неминимальной модели Эйнштейна-Янга-Миллса.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается обобщение макроскопической модели плазмы скалярно заряженных частиц, основанной на уравнениях микроскопической динамики частицы в присутствии скалярных полей, на случай взаимодействия частиц с несколькими полями и отрицательные эффективные массы частиц.Теорию удается естественно обобщить, пересмотрев ряд ее ключевых положений, зависящих от знака массы частиц. Тем самым, удается снять искусственное ограничение, противоречащее более фундаментальному принципу аддитивности функционала действия.
Бесплатно
Неминимальные макроскопические модели скалярного поля, основанные на микроскопической динамике. I
Статья научная
Из микроскопических уравнений Гамильтона на основе общерелятивистской кинетической теории выводится самосогласованная система макроскопических уравнений, описывающих космологическую плазму, в которой возможно межчастичное скалярное взаимодействие. Рассмотрены вопросы теории термодинамического равновесия в релятивистских статистических системах с межчастичным скалярным взаимодействием. Рассмотрены вопросы численного моделирования процесса космологического расширения однокомпонентной вырожденной плазмы скалярно заряженных частиц.
Бесплатно
Статья научная
На основе развитой ранее одним из авторов кинетической теории макроскопического описания плазмы с межчастичным скалярным взаимодействием конструируются динамические космологические модели. С помощью методов численного моделирования в прикладном математическом пакете построены и проанализированы численные модели космологической эволюции при изменении параметров плазмы и скалярного взаимодействия в широких пределах.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается обобщение макроскопической модели плазмы скалярно заряженных частиц, основанной на уравнениях микроскопической динамики частицы в присутствии скалярных полей, на случай конформно инвариантного в ультрарелятивистском пределе скалярного поля. Исследованы асимптотические трансформационные свойства модели по отношению к конформным преобразованиям в ультрарелятивистском пределе. Найдено точное решение уравнений Эйнштейна в этом пределе.
Бесплатно
Неравновесные кинетические модели вселенной I. Условия локального термодинамического равновесия
Статья научная
Рассмотрены неравновесные космологические сценарии в предположении восстановления скейлинга взаимодействий частиц в области сверхвысоких энергий. Проводится анализ условий термодинамического равновесия на различных стадиях эволюции Вселенной, в том числе, и на инфляционной.
Бесплатно
Неравновесные кинетические модели вселенной II. Модель энергобаланса
Статья научная
Рассмотрены неравновесные космологические сценарии в предположении восстановления скейлинга взаимодействий частиц в области сверхвысоких энергий. Строится модель энергобаланса и обсуждаются условия ее применимости. Рассматривается влияние инфляционных стадий расширения Вселенной на процесс установления термодинамического равновесия.
Бесплатно
