Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. РЕЛЯТИВИСТСКАЯ КОСМОЛОГИЯ С ВРАЩЕНИЕМ 10
1.1. Вращение Вселенной и наблюдательная космология 10
1.2. Модели типа Геделя 20
1,3. Различные космологические модели с вращением 32
1.4. Вращение и кручение в космологии 39
1.5. Теоретические вопросы космологии с вращением и
наблюдательные эффекты 44
Глава 2. ПОСТРОЕНИЕ НОВЫХ КОСМОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ....54
2.1. Модель с метрикой Ожвата-Шюкинга 54
2.2. Модель типа Бьянки II 57
2.3. Модель Бьянки IX с А^О 63
2.4. Модель Бьянки IX с А=0 66
2.5. Модель Бьянки IX с А=А(С) 67
2.6. 5-мерные нестационарные космологические решения с
вращением 69
Глава 3. СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ КАЛИБРОВОЧНОЙ
СИММЕТРИИ В КОСМОЛОГИИ С ВРАЩЕНИЕМ 75
3.1. Спонтанное нарушение калибровочной симметрии в однородном
изотропном пространстве открытого типа 75
3.2. Исследование эффекта спонтанного нарушения калибровочной
симметрии (СНКС) в модели типа Геделя 78
3.3, Исследование эффекта спонтанного нарушения симметрии в
моделях типа II, IV, V, VI по Бьянки 81
Глава 4. КВАНТОВОЕ РОЖДЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ВСЕЛЕННОЙ С
ВРАЩЕНИЕМ 95
4.1. Актуальность квантовой космологии 95
4.2. Модель Бьянки IX с А*0 97
4.3. Модель Бьянки IX с А=0 ПО
4.4. Квантовое рождение вращающейся модели вселенной типа
IX по Бьянки 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
Несмотря на большие успехи стандартной расширительной космологии [1-4], в ней имеются нерешенные проблемы [5,6]. Например, ввиду того, что теория квантовой гравитации еще разрабатывается, имеются нерешенные вопросы в квантовой космологии. Продолжается разработка многомерных моделей с «миром на бране» [7]. В настоящее время в согласии с наблюдениями предпочтительна плоская модель Вселенной, однако, учитывая, что сейчас полная плотность Вселенной известна с точностью до нескольких процентов: 0 = 1,02 ±0,02 [8], нельзя отвергать и закрытую модель Вселенной [5], что оставляет возможность для различных теоретических моделей. В последние 5-7 лет произошла новая революция в космологии: открыто ускоренное расширение Вселенной, установлено, что 96% всей энергии Вселенной составляют темная энергия и темная материя, природу которых еще предстоит выяснить. Вместе с тем в настоящее время не отвергнуто возможное малое вращение Вселенной и ее слабая глобальная анизотропия. Отметим здесь обнаружение Берчем [9] анизотропии поляризации радиоизлучения внегалактических источников и последующее подтверждение результата его наблюдений Андреасяном [10]. Результаты этих работ убедительно не опровергнуты. Следуя Берну [9], можно объяснить крупномасштабную анизотропию Вселенной ее вращением. Публикация [9] дала толчок теоретическим исследованиям по космологии с вращением. Здесь можно отметить работы Иваненко, Обухова, Короткого, Панова, Кречета, Шикина, Сайбаталова, Фильченкова и др., из зарубежных авторов: Грен, Вайдья, Патель, Свистинс, Ребоуказ, Тиомно и др. Укажем также, что в [11] обсуждается вопрос об анизотропии Вселенной. Отметим, что в последнее время обнаружено выстраивание векторов поляризации
5 квазаров в оптическом диапазоне спектра [12-14], что может говорить об анизотропии Метагалактики. Наконец укажем, что новый подробный анализ космического микроволнового излучения усилил подозрение, что в нашей Вселенной есть некоторая выделенная ось [15].
Чаще всего космологическое вращение (вращение материи Вселенной) понимается как вращение векторного поля 4-скорости жидкости, заполняющей Вселенную, т.е. это не твердотельное, а дифференциальное вращение. В [16] отмечено, что, говоря о вращении Вселенной, имеют ввиду вращение «близлежащей» к наблюдателю материи; при этом и сам наблюдатель движется вместе с материей по отношению к инерциальной системе отсчета, задаваемой системой гироскопов («компас инерции»). Здесь под термином «близлежащий» нужно понимать расстояния, сравнимые с хаббловским радиусом, т.е. порядка сотен мегапарсек, и гораздо большие по сравнению со шкалой длин локальных явлений, таких, например, как вращение Галактики. Представим, что где-то во вращающейся Вселенной находится лаборатория, оснащенная, кроме измерительной аппаратуры, двигателями, которые могут вращать эту лабораторию. Изучая движения маятника Фуко и осуществляя такое движєїіиє лаборатории, чтобы маятник колебался в одной плоскости, наблюдатели заметят, что окружающие галактики вращаются вокруг лаборатории; в этом смысле и говорят, что вся Метагалактика вращается. Так как Вселенная однородна, то к такому же выводу придут наблюдатели в любой, произвольно расположенной лаборатории.
Целью диссертационной работы является построение в рамках общей теории относительности (ОТО) моделей вселенных с вращением, исследование спонтанного нарушения калибровочной симметрии в космологии с вращением и квантового рождения вселенных с вращением.
Актуальность проведенного исследования определяется тем, что космология с вращением, как альтернативный подход в теоретической космологии, дает возможность объяснять наблюдательные данные, не укладывающиеся в рамки фридмановской теории, предсказать и изучать новые космологические эффекты, что позволяет полнее познать физическую картину мира. Вопрос о том, вращается наша Вселенная или нет, далеко не выяснен и является предметом научной дискуссии, это подтверждается большим количеством публикаций по данной теме, что само по себе говорит об актуальности проблемы глобального вращения. Исследование вращения Вселенной может установить возможную связь космологического вращения с вращением галактик. Выяснение роли вращения в квантовой космологии способствует развитию космологии ранней Вселенной. Необходимость построения наиболее реальной модели Вселенной, быть может с учетом вращения, определяет важность и научную значимость исследований в этой области.
Работа состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
Во введение перечисляются не решенные проблемы космологии, дается интерпретация вращения Вселенной, указываются цели исследования, обсуждается актуальность темы, дается краткое изложение содержания диссертации и отмечается ее апробация, а также обсуждается личный вклад автора в совместных научных публикациях.
В первой главе дается обзор известных автору работ по космологии с вращением.
Во второй главе построены новые космологические стационарные и нестационарные модели с вращением. Построена стационарная, причинная космологическая модель с вращением для метрики Ожвата-Шюкинга, когда источником гравитационного поля является несопутствующая
7 идеальная жидкость, и сделана оценка для скорости в этой модели, совпадающая с результатом Берча (o«l0*13рад/год). В теории гравитации Эйнштейна построены три нестационарные космологические модели с вращением для метрики типа II по Бьянки. Для двух моделей источниками гравитации являются сопутствующая идеальная жидкость и поле излучения, и эти модели характеризуются расширением, вращением и ускорением. Источником гравитации третьей модели является несопутствующая идеальная жидкость, и эта модель характеризуется ненулевым вращением и ускорением. Построены и исследованы на причинность нестационарные космологические модели с вращением для различных метрик типа IX по Бьянки. При этом источником гравитационного поля в первой модели является сопутствующая анизотропная жидкость, во второй модели - несопутствующая анизотропная жидкость, в третьей модели - анизотропная жидкость и Л-член. Найденные космологические решения характеризуются расширением, вращением и ускорением.
Третья глава посвящена изучению эффекта спонтанного нарушения калибровочной симметрии скалярного поля в стационарной и нестационарной моделях типа Геделя, а также в стационарных и нестационарных космологических моделях с вращением типа II, IV, V, VI по Бьянки.
В четвертой главе исследуется квантовое рождение моделей вселенных с вращением с различными метриками типа IX по Бьянки, при этом во всех моделях имеется вращающаяся анизотропная жидкость. Для каждой из рассматриваемых моделей получено уравнение Уилера-ДеВитта. Вычислены коэффициенты туннелирования для всех исследуемых моделей вселенных. Установлено, что наличие
8 космологического вращения может как увеличить, так и уменьшить вероятность квантового рождения моделей в рассматриваемых случаях.
В заключении отмечаются научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные результаты, выносимые на защиту.
Основные результаты опубликованы в научных работах. Из числа использованных научных работ лично автору принадлежат [22,25].
В работах в соавторстве с В.Ф.Пановым [17, 19, 20, 23, 24] автору принадлежат следующие результаты: нахождение стационарной космологической модели с вращением для метрики Ожвата-Шкжинга и проведение анализа модели; построение нестационарных космологических моделей (исследование их на причинность) для метрики типа II по Бьянки, для метрики типа IX по Бьянки с А^О и с А=0; проведен анализ модели IX по Бьянки (А=А(С)), получены 5-мерные нестационарные космологические решения с вращением; получено уравнение Уилера-ДеВитта для модели вселенной типа IX по Бьянки с А^О и с А=0, вычислены коэффициенты туннелирования, проведен анализ роли вращения в квантовой космологии.
В работе в соавторстве с О.В. Сандаковой [21] по исследованию эффекта спонтанного нарушения симметрии (СНС) автору принадлежат результаты: исследование эффекта СНС в стационарных и нестационарных космологических моделях с вращением типа II, IV, V, VI по Бьянки. В работе в соавторстве с Е.А. Обориной и В.Н. Павелкиным [18] автору принадлежат результаты: исследование эффекта СНС в модели Геделя, выяснение роли вращения при реализации эффекта СНС в модели Геделя.
Основные результаты диссертации докладывались на 9-й Российской конференции «Теоретические и экспериментальные проблемы гравитации» в г. Великий Новгород (1996 г.), на 10 Российской
9 конференции «Теоретические и экспериментальные проблемы общей теории относительности и гравитации» в г. Владимир (1999г.), на V Международной конференции по гравитации и астрофизике стран азиатско-тихоокеанского региона (1-7 октября 2001 г., г. Москва), на 12 Российской гравитационной конференции и Международной конференции по гравитации, космологии и астрофизике в Казани (2005 г.), на Международной научной конференции «Физические интерпретации теории относительности» в г. Москве (2005 г.), на семинаре по гравитации и геометризации физики в Пермском государственном университете. Основное содержание диссертации изложено в работах [17-25].
