Поиски эффектов нарушения ОТО вблизи Земли и в галактике - Гравитационные явления и гравитационная неустойчивость
Гравитационное взаимодействие доминирует среди всех остальных взаимодействий на очень больших масштабах пространства-времени, сравнимых с космологичесими. В этих масштабах Общая Теория Относитльности (ОТО) показывает весьма хорошее согласие с астрофизическими наблюдениями [1].
Мониторинг законов гравитации постоянно ведется в экспериментах вблизи Земли. Так, на Рис.1 изображены результаты экспериментальных тестов, выполненных по проверке слабого принципа эквивалентности [2 -5]. Эксперименты показывают весьма высокую точность этого принципа. Так, если тело "1" падает на Землю с ускорением, тело "2" падает с ускорением, то безразмерная относительная разность ускорений падения тел, измеренная в одной точке пространства есть
(1)
Согласно очень точному московскому эксперименту Брагинского и Руденко 1971 года это число составило. Согласно серии Вашингтонских экспериментов 2000 г, эта точность повысилась на порядок и, в настоящее время, составляет.
В темном прямоугольнике расположены прямые эксперименты по свободному палению тел. Косой жирной линией отмечены вашингтонские эксперименты (LLR), в которых использовался лазерный интерферометр с базой порядка расстояния до Луны.
Другую группу экспериментов составляют тесты по проверке локальной Лоренц - инвариантности пространства - времени, которые показывают, насколько измеренная скорость света отличается от константы см/с. В релятивистских единицах принимается. Результатом теста является измеренное в эксперименте число
(2)
Рис1. Тесты по проверке слабого принципа эквивалентности. Измерения величины, отложены по оси ординат в зависимости от года проведения эксперимента (ось абсцисс)
Рис.2 Тесты по проверке локальной Лоренц - инвариантности пространства - времени.
По оси ординат отложен параметр, равенство нулю которого обеспечивает Лоренц - инвариантность теории электромагнетизма. По оси абсцисс отложен год постановки эксперимента. Наихудшее ограничение дает эксперимент Майкельсона - Морли. Наибольшую точность измерений обеспечивают тесты по стабильности уровней энергии атомов в зависимости от их ориентации в пространстве.
В [3,4] показано, что мониторинг справедливости теории гравитации ведется примерно по 20 различным параметрам. Однако, все измеренные значения величин, характеризующих локальные свойства пространства - времени, находятся в хорошем согласии с основными постулатами ОТО [1,5]. В настоящее время, принято считать, что ОТО, наряду с теориями слабого, сильного и электромагнитного взаимодействия, входит в состав стандартной модели физики элементарных частиц [3,4]. Тогда поправки к ОТО можно искать, сформулировав минимальное расширение стандартной модели (SME). Это расширение добавляет к метрике пространства - времени другие тензорные поля удовлетворяющие обобщенным уравнениям теории гравитации, получаемым варьированием действия [3]
(3)
Где u - безразмерный численный параметр
Детерминант тетрады в искривленном пространстве - времени,
Симметричное неэйнштейновское поле.
торсионные поля,
Эйнштейновская константа гравитации,
G - константа гравитации Ньютона,
Бесследовая часть тензора Риччи, тензор кручения Вейля.
Греческие индексы, по умолчанию, пробегают значения ;
Латинские
В постньютоновском приближении ОТО и SME гравитационный потенциал [1,3,6,7] и, естественным образом, возникает разложение ускорения тела, движущегося по орбите, которое для лагранжиана (3)
Принимает вид :
(4)
Где
ньютоновская часть ускорения, радиус орбиты, M - масса центрального тела.
Часть ускорения, соответствующая ньютоновскому квадрупольному моменту движущегося по орбите тела.
часть ускорения, соответствующая лидирующему эффекту от внешних тел при ньютоновской аппроксимации потенциала.
часть ускорения, соответствующая эффекту локального нарушения Лоренц - инвариантности (LV) полями в SME - расширении теории гравитации.
Для измерения неэйнштейновских полей необходимо четко выделить возмущения орбиты, связанные с LV. Поиск именно этих эффектов включен в программу NASA по наблюдению за орбитами искусственных спутников [3] (см. Рис3).
Рис.3. Движение спутника по орбите Земли в солнечной системе координат (XYZ). радиус - вектор спутника, радиус - вектор Земли, радиус - вектор возмущающего орбиту спутника тела. среднее расстояние от Земли до Солнца
Обнаружение этого класса эффектов означало бы открытие полей, ответственных за LV, которое отсутствует в ОТО. Смущает, однако, то, что уровень всех нарушающих теорию Эйнштейна эффектов очень мал. В области параметров, где эти эффекты предполагается обнаружить, могут быть существенные помехи со стороны известных полей материи и элементарных частиц. Например, солнечный ветер[8,9], раскачивая спутники, может на этом уровне внести возмущения в их орбиты, которые будет достаточно трудно отделить от эффектов гравитации. А для уверенного обнаружения новых полей и надо открыть и измерить 28 новых коэффициентов [3].
Поэтому, чрезвычайно ценной была бы информация, полученная с помощью иных экспериментальных агентов, доступных достаточно точным наблюдениям. Таким агентом могут быть, в частности, космические лучи. Однако, прямые эксперименты с космическими лучами по поиску в их спектре гравитационных эффектов, видимо невозможны, из-за их релятивистской природы. Релятивистские эффекты от космических лучей, связанные с ролью гравитации, могли бы наблюдаться там, где они проходят значительные расстояния - в Галактике, скоплениях галактик и во Вселенной. Однако на этих масштабах, необходимо будет сепарировать друг от друга эффекты, связанные с прямым влиянием гравитации на космические лучи от косвенного влияния на них с помощью других видов материи. Учет релятивистской природы космических лучей выдвигает проблему об их описании в физических полях материи с помощью соответствующих кинетических уравнений.
Рис.4. Спиральная галактика M 83 в созвездии Гидры
Похожие статьи
-
Кластеры галактик - Гравитационные явления и гравитационная неустойчивость
Как видно из оценки (7), циклотронные радиусы релятивистских частиц имеют характерные размеры кластеров галактик (см. например [27] , [28]). Последние...
-
Примерно 70% галактик имеет спиральную структуру [10,11]. Спиральная структура галактик образуется образуется спиральными волнами плотности, возникающими...
-
Релятивистская кинетическая теория - Гравитационные явления и гравитационная неустойчивость
Уравнения (12) нельзя применять, например, к такому агенту, как космические лучи. Если мы хотим использовать его для уточнения знаний о силах гравитации...
-
Тонкие эффекты гравитации, Классические теории гравитации - Классические теории гравитации
Помимо классических эффектов гравитационного притяжения и замедления времени, общая теория относительности предсказывает существование других проявлений...
-
В гравитирующих средах под влиянием гравитации могут образовываться структуры. Задачу звездообразования в нерелятивистском газе впервые рассмотрел...
-
Аномалия Пионеров&;nbsp; - Двигатель космолета на эффекте гравитационного самоускорения
Попробуем применить полученные результаты к известному парадоксу - аномалии ускоренного движения зондов "Пионер". Напрямую это невозможно, поскольку...
-
Астероиды вблизи Земли - Исследование астероидов
Почти 3/4 века люди не подозревали, что не все астероиды движутся между орбитами Марса и Юпитера. Но вот ранним утром 14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на...
-
Астероиды вблизи Земли - Астероиды - космические тела
Почти 3/4 века люди не подозревали, что не все астероиды движутся между орбитами Марса и Юпитера. Но вот ранним утром 14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на...
-
Нецентральность гравитационного поля Земли - Возмущенное движение космического аппарата
Возмущенный движение гравитационный орбита При решении ограниченной задачи двух тел Земля представляется шаром со сферическим распределением плотности. В...
-
Астероиды вблизи Земли - Малые тела. Астероиды
Почти 3/4 века не подозревали, что не все астероиды движутся между орбитами Марса и Юпитера. Но вот ранним утром 14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на...
-
Влияние электромагнитных сил - Движение искусственного спутника Земли в нецентральном поле тяготения
Пусть спутник обладает электрическим зарядом, равным Q. Тогда при движении в магнитном поле Земли на него будет действовать сила F, определяемая формулой...
-
Запуск первого искусственного спутника Земли - История развития космонавтики
4 октября 1957 г. весь мир потрясло известие о том, что на околоземную орбиту выведен первый советский искусственный спутник Земли "Спутник-1". Так был...
-
Введение - Галактика и Вселенная
Мир, в котором мы живем, огромен, не обозрим. Пространству нет ни начала, ни конца, оно беспредельно. Если представить себе ракетный корабль с...
-
4.1 Введение В предыдущих главах было подробно изучено промежуточное движение искусственного спутника. Была рассмотрена качественная картина движения,...
-
ВВЕДЕНИЕ - Движение искусственного спутника Земли в нецентральном поле тяготения
Изучение движения искусственных спутников Земли представляет интерес не только для специалистов по астродинамике, занимающихся прогнозированием движения...
-
Это как правило, большие каменные глыбы, которые приходят из пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Иногда их орбиты изменяются...
-
Вспышки на Солнце и их воздействие на Землю - Физика солнечных явлений
В процессе развития активной области иногда возникают ситуации, при которых возможна быстрая перестройка ("перезамыкание") магнитных полей. Эта...
-
Исчезновение Солнца - Двигатель космолета на эффекте гравитационного самоускорения
Ограниченность скорости распространения гравитационного взаимодействия как следствие второго постулата СТО должно привести к весьма любопытному явлению -...
-
Объяснить аномалию зондов "Пионер" обнаруженный эффект гравитационного самоускорения, как оказалось, не позволяет. Однако, тот факт, что для ускорения...
-
А Луна от нас удаляется! - Исследование явления удаления Луны от Земли
Мы знаем строение солнечной системы, где в центре находится наше светило Солнце - источник энергии и жизни на Земле. Солнце огромное, по массе примерно...
-
Введение В предыдущих главах были рассмотрены возмущения элементов орбиты спутника, вызываемые зональными и тессеральными гармониками геопотенциала и...
-
Модуляционные эффекты в космических лучах - Галактические космические лучи
Интерес к исследованию КЛ с энергиями E<1012 эВ связан с изменением потоков частиц во времени и пространстве и их зависимостью от уровня солнечной...
-
ГРАВИТАЦИОННЫЙ РАДИУС - Черные дыры
Чем же отличается теория тяготения Эйнштейна от теории Ньютона? Начнем с простейшего случая. Предположим, что мы находимся на поверхности сферической...
-
Введение Помимо несферичности Земли, притяжения Луны и Солнца, сопротивления атмосферы и светового давления на движение спутника действует целый ряд...
-
Черная дыра в представлении художника, Примеры гравитационных воронок - Строение Солнца
Черные дыры настолько массивны, что их вторая космическая скорость быстрее, чем скорость света. Поскольку ничего не может двигаться быстрее, чем свет, то...
-
Отсутствуют ощутимые в обычных (земных) условиях гравитационные силы, которые действуют перпендикулярно (нормально) к средней плоскости движения планет....
-
Планеты земной группы. Система Земля - Луна - Планеты Солнечной системы
Благодаря наличию спутника, Луны, Землю нередко называют двойной планетой. Этим подчеркивается как общность их происхождения, так и редкостное...
-
Астрономия и космонавтика - Сущность Галактики
Астрономия -- это наука о строении и развитии космических тел и их систем. В переводе с греческого "астрон" -- звезда и "номос" -- закон. В связи с...
-
Космический мусор - это все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить...
-
Введение, Происхождение луны - Луна как спутник Земли
Луна является попутчицей Земли в космическом пространстве. Это единственный естественный спутник и ближайшее к нам небесное тело. Среднее расстояние до...
-
Теперь, на основе развиваемой концепции, результатов исследований последствий падения на Землю космических тел, проведенных Вычислительным Центром (ВЦ)...
-
Интересные факты - Первый спутник Земли
* Расчеты траектории вывода на орбиту Спутника-1 сначала проводились на электромеханических счетных машинах, по устройству аналогичных арифмометрам....
-
Простейший Спутник-1 (ПС-1) - Первый спутник Земли
Производитель СССР ОКБ-1 Задачи Проверка расчетов и основных технических решений, принятых для запуска; ионосферные исследования прохождения радиоволн,...
-
Венера, Земля - Солнечная система
Венера близка по размеру к Земле (0,815 земной массы) и, как и Земля, имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу. Имеются также...
-
Плотность атмосферы - Движение искусственного спутника Земли в нецентральном поле тяготения
Плотность воздуха верхней атмосферы определяется как непосредственно, при помощи аппаратуры, установленной на спутниках и ракетах, так и косвенным путем,...
-
Рассмотрим сначала промежуточное движение. Мы видели, что промежуточное движение спутника происходит в области, ограниченной двумя эллипсоидами и двумя...
-
Модель образования и эволюции галактик
Введение Предлагаемая модель образования и эволюции галактик построена на предположении, что все звездное население галактики рождено из вещества ее...
-
Закон сохранения механической энергии на протяжении многих лет объявляется абсолютным. В соответствии с Законом сохранения механической энергии проведено...
-
Запуск второго искусственного спутника Земли - История развития космонавтики
Работы по созданию второго искусственного спутника Земли начались сразу после запуска первого, и уже 12 октября 1957 г. было принято официальное решение...
-
Устройство выглядит так: на корпусе 1 установлен двигатель 2, который работает от электричества и управляется пультом 3. Пульт 3 выполняет функцию...
Поиски эффектов нарушения ОТО вблизи Земли и в галактике - Гравитационные явления и гравитационная неустойчивость