Введение к работе
Актуальность темы
В физике имеются два альтернативных подхода к описанию взаимодействий, конкурировавшие и сосуществовавшие со времен Ньютона. Первый из них - концепция близкодействия, утверждающая, что для передачи взаимодействия необходим посредник, с помощью которого взаимодействие распространяется от точки к точке. Когда-то в качестве такого посредника выступал эфир, согласно современным представлениям эту роль играет понятие поля. Второй подход - концепция дальнодействия, согласно которой взаимодействие происходит непосредственно между взаимодействующими телами, т.е. без посредника. Таким образом, с этой точки зрения описание взаимодействий должно формулироваться лишь в терминах, характеризующих частицы, так что среди первичных категорий отсутствует понятие поля. При этом дальнодействие не обязано быть мгновенным, оно может осуществляться с конечной скоростью в согласии с принципами специальной теории относительности. Эти подходы фактически являются дополнительными друг другу и позволяют взглянуть на физические явления с разных точек зрения.
В XX веке физика развивалась в основном в рамках теории поля, а концепция дальнодействия пребывала в тени. Тем не менее, и на этом пути рядом авторов были получены интересные результаты, а также показана эквивалентность двух точек зрения во многих отношениях. Была сформулирована теория прямого межчастичного взаимодействия, основанная на принципе Фоккера - явно лоренц-инвариантном принципе действия, в котором взаимодействие описывается с помощью интегралов по мировым линиям взаимодействующих частиц. При этом можно ввести понятие поля, однако оно носит вспомогательный характер и не обладает собственными степенями свободы. Характеристики поля имеют смысл только в тех точках, в которых находятся частицы.
В рамках этого подхода Фейнманом и Уилером была сформулирована теория прямого межчастичного электромагнитного взаимодействия, эквивалентная классической электродинамике. Рядом авторов аналогичным образом была разработана теория линеаризованного гравитационного взаимодействия, соответствующая линейному приближению общей теории относительности. Однако такая теория, как известно, не согласуется с наблюдаемым смещением перигелия Меркурия. Для получения правильного значения смещения перигелия и соответствия с общей теорией относительности нужно построить нелинейную теорию. В данной диссертации рассматривается вариант построения такой теории в рамках реляционного подхода, основанный на многочастичных - трехчастичных и четырехчастичных - взаимодействиях.
Концепция дальнодействия тесно связана с реляционным взглядом на природу пространства-времени, согласно которому пространство-время носит вторичный по отношению к взаимодействиям и отношениям между событиями характер. Такой позиции придерживались, в частности, Лейбниц и Мах. С точки зрения реляционного подхода понятие расстояния получается из наложения вкладов от всех событий окружающего мира. Поэтому может оказаться, что расстояния на очень больших масштабах не подчиняются тем же закономерностям, что и в области средних масштабов, а также что они не могут быть сколь угодно большими.
В диссертации рассматривается гипотеза Рашевского и Рвачева о наличии предельного расстояния во Вселенной. Исходя из этой гипотезы можно предложить интерпретацию космологического красного смещения. В стандартной космологии красное смещение связывается с расширением Вселенной. При этом в теории имеются определенные трудности, согласие с наблюдательными данными достигается путем введения в теорию гипотетической темной энергии, недоступной прямым наблюдениям и обладающей экзотическими свойствами. Этот факт свидетельствует о целесообразности рассмотрения альтернативных вариантов описания красного смещения.
При этом наблюдаемое красное смещение может иметь не только космологическую, но и собственную гравитационную составляющую. На значимость собственной составляющей указывал X. Арп, который собрал каталог взаимодействующих галактик и квазаров с существенно различающимися красными смещениями. Об этом может свидетельствовать и то, что в данных о красном смещении имеется анизотропия, а в зависимости красного смещения от расстояния имеется существенное рассеяние. В работе производится разложение красного смещения на космологическую и собственную составляющие.
Цель работы
Целью работы является развитие теории прямого межчастичного гравитационного взаимодействия исходя из представлений реляционной теории, а также исследование различных подходов к проблеме космологического красного смещения.
Научная новизна
Научная новизна данной работы заключается в том, что в ней предложено описание нелинейных вкладов в гравитационное взаимодействие в рамках теории прямого межчастичного взаимодействия и проведено сопоставление получающейся теории с общей теорией относительности, рассмотрена интер-
претация космологического красного смещения исходя из представлений о наличии предельного расстояния во Вселенной и проведено разложение красного смещения внегалактических объектов на космологическую и собственную составляющую.
Практическая ценность
Практическая ценность диссертации определяется тем, что полученные результаты позволяют согласовать теорию прямого межчастичного гравитационного взаимодействия с экспериментальными данными, а также позволяют производить разложение красного смещения на космологическую и собственную составляющую для различных космологических моделей.
Апробация
Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции «Современные проблемы гравитации, космологии и релятивистской астрофизики» (РУДН, Москва, 2010), на международном семинаре «Современные теоретические проблемы гравитации и космологии» (Казань-Яльчик, 2012), на XII Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы измерений» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2013), на научном семинаре «Геометрия и физика» на физическом факультете МГУ.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, список которых приведен в конце автореферата. Среди них три статьи в журналах из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации