LIBROS EN LENGUAS EUROPEAS


 
Encuadernación Архангельская И.В., Розенталь И.Л., Чернин А.Д. Космология и физический вакуум
Id: 163253
 
12.9 EUR Bestseller!

Космология и физический вакуум. Изд.2

URSS. 216 pp. (Russian). Rústica. ISBN 978-5-396-00643-0.

В 1998--1999 гг. астрономы доказали, что в природе существует не только всем известное всемирное тяготение Ньютона, но еще и всемирное анти-тяготение, теоретически предсказанное Эйнштейном еще в 1917 г., когда он ввел в уравнения ОТО константу Lambda, чтобы обеспечить стабильность решения, описывающего Метагалактику. В дальнейшем выяснилось, что Метагалактика все-таки эволюционирует, но константа Lambda сохранилась в уравнениях ОТО, причем ее величина может существенно влиять на динамику космологической эволюции. Анализ последних экспериментальных данных показал, что в современную эпоху анти-тяготение даже сильнее тяготения в масштабе всей Метагалактики, которая вследствие этого не замедляет свое расширение, как полагалось ранее, а, наоборот, расширяется с ускорением. Возможно, оно создается особой, весьма необычной физической средой, равномерно заполняющей все пространство Метагалактики --- космическим вакуумом. Но вакуум --- не пустота: у вакуума имеется энергия, причем эта энергия превышает по величине суммарную энергию всех известных видов материи в Метагалактике.

О гипотезе космического вакуума, о многомерных космологических моделях (как со скомпактифицированными, так и с макроскопическими дополнительными измерениями), а также и о других идеях, возникших в физике под влиянием новейших открытий в космологии, и пойдет речь в этой книге.

Издание предназначено для студентов старших курсов физических специальностей, аспирантов и специалистов, интересующихся космологическими моделями, результатами последних исследований в космологии и природой физического вакуума. Книга также является основой курса "Актуальные проблемы микро- и космофизики", который читается в МИФИ одним из авторов книги.


Oglavlenie
Predislovie. Professor I.L.Rozental' i ego knigi
Vvedenie. Metagalaktika i Vselennaya
1Problemi sovremennoj kosmologii
 § 1.Nestatsionarnoe reshenie uravnenij Ejnshtejna
  1.1.Model' Fridmana
  1.2.Rannie stadii evolyutsii Metagalaktiki
 § 2.Plotnost' razlichnikh form materii v Metagalaktike
  2.1.Reliktovoe mikrovolnovoe izluchenie
  2.2.Drugie reliktovie komponenti kosmicheskoj sredi
  2.3.Barionnaya materiya
  2.4.Problema kosmicheskogo bariogeneza
  2.5.Kosmologicheskij nukleosintez geliya
  2.6.Skritie massi, ili temnoe veschestvo
 § 3.Dostoinstva i nedostatki fridmanovskoj modeli
 § 4.De-sitterovskoe reshenie uravneniya Ejnshtejna i osnovnaya ideya inflyatsionnoj kosmologii
 § 5.Model' khaoticheskoj inflyatsii
 § 6.Lambda-problema
  6.1.Kosmologicheskaya postoyannaya
  6.2.Vliyanie nenulevogo znacheniya Lambda na evolyutsiyu Metagalaktiki
 § 7.Kosmologiya v modeli Kalutsi--Klejna
 § 8.Supersimmetriya?
 § 9.Kosmologicheskie modeli v teorii superstrun i "mir na brane"
 § 10.Vozmozhnost' vozniknoveniya inflyatsionnoj stadii na branakh
 § 11.AdS/KTP sootvetstvie
2Fizicheskij vakuum
 § 1.Otkritie kosmicheskogo vakuuma
  1.1.Kosmologicheskie sverkhnovie
  1.2.Plotnost' vakuuma
 § 2.Polnaya plotnost' Metagalaktiki
 § 3.Kvintessentsiya?
 § 4.Priroda vakuumnoj energii
  4.1.S chem sravnit'?
  4.2.Vakuumnie sostoyaniya
  4.3.Nulevie kolebaniya
  4.4.Elektroslabie protsessi?
  4.5.Vakuum Ejnshtejna--Glinera
  4.6.Pervichnij vakuum?
  4.7.Vakuum v fizike i vakuum v kosmologii
  4.8.Vozmozhnij sostav fizicheskogo vakuuma
 § 5.Fridmanovskie integrali
 § 6.Simmetriya energij i problema sovpadenij v kosmologii
  6.1.Vnutrennyaya simmetriya
  6.2.Problema kosmicheskikh sovpadenij
  6.3.Problema Dikke
  6.4.Rol' vakuuma
  6.5.Pochti ploskoe prostranstvo
  6.6.Znak krivizni?
  6.7.Vopros o topologii otkrit
 § 7.Pervie tri pikosekundi
  7.1.Model' zakalki
  7.2.Vakuum v mnogomernom mire
 § 8.Kinematika galaktik v Mestnom ob'eme
  8.1.Paradoks Khabbla--Sendidzha
  8.2.Mestnij khabblovskij potok: novejshie dannie
  8.3.Vakuum v mestnom ob'eme
  8.4.Ot khaosa k poryadku?
 § 9.Buduschee Metagalaktiki
  9.1.Epokha vakuuma
  9.2.Kogda postoyannaya Khabbla ne zavisit ot vremeni
  9.3.Staticheskij mir
Vmesto zaklyucheniya. Printsip tselesoobraznosti
Literatura

Predislovie. Professor I.L.Rozental' i ego knigi

Professor Iosif Leonidovich Rozental' (1919--2004) napisal bolee 300 statej i 19 knig, schitaya s toj, kotoruyu derzhit sejchas v rukakh chitatel'. Eto knigi o samikh vazhnikh i ostrikh problemakh sovremennoj fundamental'noj fiziki, astrofiziki i kosmologii, o klyuchevikh eksperimental'nikh i nablyudatel'nikh faktakh nauki, o yarkikh i plodotvornikh teoreticheskikh ideyakh, vidvinutikh i im samim, i drugimi vidayuschimisya fizikami-teoretikami XX v.

Iosif Leonidovich rodilsya v Moskve, v srede (po ego slovam) "srednej poluintelligentsii, zhivuschej v kommunalkakh: v odnoj kvartire raspolagalis' do 5 semej". Mat' bila zubnim vrachom, otets -- kustarem-odinochkoj. Raznostoronnyaya odarennost' Iosifa Leonidovicha proyavilas' esche v shkole, k momentu okonchaniya kotoroj on bil uzhe shiroko obrazovannim chelovekom, otlichalsya bezuprechnim literaturnim stilem. Kogda v 1936 g. on postupil na fizicheskij fakul'tet MGU, druz'ya udivlyalis': "A pochemu ne na filfak?" (Zdes' i dalee mi sleduem biograficheskoj stat'e, opublikovannoj v 2004 g. v zhurnale "Zemlya i Vselennaya"). On lyubil shakhmati i odnazhdi (v 16 let) viigral partiyu u Emmanuila Laskera v seanse odnovremennoj igri; togda zhe igral i s Vasiliem Smislovim. Iosif Leonidovich rasskazival, chto khotel ser'ezno zanyat'sya shakhmatami, no pozzhe ostavil etu ideyu radi fiziki, kotoruyu lyubil bol'she vsego. I.L.Rozental' okonchil MGU v 1941 g., sdav poslednij ekzamen cherez tri dnya posle nachala vojni.

V iyule 1941 g. bilo organizovano Moskovskoe narodnoe opolchenie, v kotoroe dobrovol'tsami vstupali studenti i prepodavateli MGU, v ikh chisle i I.L.Rozental'. Odnako voenkomat otozval iz opolcheniya gruppu fizikov, okonchivshikh universitet, i otpravil ikh v voennie uchebnie zavedeniya dlya podgotovki po voennim spetsial'nostyam. I.L.Rozental' stanovitsya snachala kursantom Artillerijskoj akademii, a potom i Visshej voennoj shkoli oboroni, gde on obuchalsya do iyunya 1942 g. Zatem v dolzhnosti komandira batarei on voyuet na Severnom i Tsentral'nom frontakh do samogo okonchaniya vojni. Ego voennie nagradi -- orden Otechestvennoj vojni, mnogie boevie medali.

V 1945 g. Iosifa Leonidovicha otzivayut iz armii dlya raboti po atomnomu proektu. On rabotal v Fizicheskom institute im.P.N.Lebedeva AN SSSR snachala kak fizik-eksperimentator v oblasti fiziki kosmicheskikh luchej (v to vremya chast' atomnogo proekta), no dovol'no bistro pereklyuchilsya na teoreticheskuyu fiziku visokikh energij. S kontsa 1950Nkh gg. I.L.Rozental' prepodaval v MIFI, v 1960--1969 gg. zavedoval kafedroj Eksperimental'noj yadernoj fiziki instituta; s 1970 g. Iosif Leonidovich -- starshij nauchnij sotrudnik Instituta kosmicheskikh issledovanij RAN, no prodolzhal i prepodavat' v MIFI do 2004 g.

Iosif Leonidovich Rozental' -- osnovopolozhnik kaskadnoj teorii elektronno-fotonnikh i yaderno-kaskadnikh livnej. Ego trudi v etoj oblasti shiroko izvestni i do sikh por ispol'zuyutsya vo mnogikh nauchnikh laboratoriyakh v nashej strane i za rubezhom dlya analiza eksperimental'nikh dannikh po shirokim atmosfernim livnyam, vizivaemim kosmicheskimi luchami. Iosif Leonidovich mnogie godi sokhranyal interes k kaskadnim protsessam, i v kontse 1990Nkh gg. sovmestno s rossijskimi i yaponskimi kollegami vipolnil vazhnie issledovaniya etikh yavlenij, kogda oni protekayut v sil'nom elektromagnitnom pole. Rezul'tati nashli primenenie v izuchenii odnogo iz samikh interesnikh prirodnikh yavlenij -- moschnikh vspleskov kosmicheskogo gamma-izlucheniya.

V samie poslednie godi Iosifa Leonidovicha bol'she vsego uvlekli neozhidannie nablyudatel'nie otkritiya v kosmologii. V 1998--1999 gg. astronomi dokazali, chto v prirode suschestvuet ne tol'ko vsem izvestnoe vsemirnoe tyagotenie N'yutona, no esche i vsemirnoe anti-tyagotenie. Etot udivitel'nij fenomen bil predskazan teoreticheski Ejnshtejnom esche v 1917 g. Kak okazalos', anti-tyagotenie dazhe sil'nee tyagoteniya v masshtabe vsej Vselennoj. Imenno anti-tyagotenie zadaet dinamiku rasshireniya Vselennoj v sovremennuyu epokhu kosmicheskoj evolyutsii, zastavlyaet ee rasshiryat'sya s uskoreniem. Esli tyagotenie sozdayut planeti, zvezdi, galaktiki i voobsche vse "obichnie" tela prirodi, to fizicheskaya priroda anti-tyagoteniya ostaetsya polnost'yu zagadochnoj. Vozmozhno, ono sozdaetsya osoboj, ves'ma neobichnoj fizicheskoj sredoj, ravnomerno zapolnyayuschej vse prostranstvo Vselennoj. Etu sredu nazivayut kosmicheskim vakuumom. No vakuum -- ne pustota: u vakuuma imeetsya energiya, prichem eta energiya previshaet po velichine summarnuyu energiyu vsekh izvestnikh tel Vselennoj.

O gipoteze kosmicheskogo vakuuma, a takzhe i o drugikh ideyakh, voznikshikh v fizike pod vliyaniem novejshikh otkritij v kosmologii, i pojdet rech' v etoj knige.

I.Arkhangel'skaya, A.Chernin

Vvedenie. Metagalaktika i Vselennaya

Stremitel'no rasshiryayutsya nashi predstavleniya ob okruzhayuschem mire. Dlya predtech zapadnoj tsivilizatsii esche 2 i 3 tisyachi let nazad on bil ogranichen bassejnom Sredizemnomor'ya (Gerkulesovi stolbi). Prichem s tekh por, kak chelovek nachal interesovat'sya strukturoj mirozdaniya, gospodstvovalo ubezhdenie: zvezdi -- vechnij i neizmennij ornament, ukrashayuschij nochnoe nebo. Razumeetsya, ne ostalos' nezamechennim, chto na fone etoj porazhayuschej voobrazhenie neizmennosti i masshtabnosti suschestvuyut neskol'ko menyayuschikh svoe polozhenie na nebesnoj sfere, a sledovatel'no, i otnositel'no Zemli, zvezd -- planet. Poetomu voznikla strojnaya sistema, yavlyayuschayasya sintezom ogromnogo empiricheskogo materiala, nakoplennogo drevnimi vostochnimi i grecheskimi astronomami: mir sostoit iz nepodvizhnikh zvezd, "prikreplennikh" k vraschayuschejsya vokrug Zemli sfere, a takzhe planet i Solntsa, tozhe dvizhuschikhsya vokrug tsentra Vselennoj -- Zemli. Lish' po prikazu egipetskikh faraonov bili ustanovleni istinnie razmeri afrikanskogo kontinenta. Razmeri Zemli (pribl. 109 sm) bili opredeleni tol'ko posle puteshestvij Kolumba i Magellana (rubezh XV i XVI vv.). Revolyutsionnie idei Galileya i Kopernika ne izmenili predstavlenij o razmerakh "Vselennoj", a lish' vnesli novij element v ponyatie "tsentra" mira (vmesto Zemli "tsentrom" mira stalo schitat'sya Solntse). Ubezhdenie otnositel'no neizmennoj zvezdnoj sferi sokhranilos' esche na dolgie veka. Khotya v drugikh oblastyakh nauki davno voznikli i ustanovilis' idei razvitiya (vspomnim, naprimer, teoriyu katastrof Kyuv'e ili teoriyu proiskhozhdeniya vidov Darvina), v odnoj iz samikh drevnikh nauk -- astronomii -- gospodstvovali ubezhdeniya o beskonechnom i neizmennom mire. Lish' v kontse XVIII stoletiya Gershel' obratil vnimanie na osobennosti tumannostej i zvezdnikh skoplenij i sdelal predvaritel'nie zaklyucheniya o tom, chto tumannosti yavlyayutsya sovokupnost'yu zvezd. Odnako polnoe ponimanie prirodi tumannostej -- osnovi kontseptsii Ostrovnoj vselennoj -- prishlo lish' v nachale XX v. blagodarya krupnim teleskopam novogo pokoleniya, pozvolivshim dostoverno interpretirovat' tumannosti (nazvannie galaktikami) kak sovokupnost' zvezd. V dal'nejshem, blagodarya tekhnicheskomu progressu i usovershenstvovaniyu statisticheskikh metodov obrabotki nablyudenij udalos' ustanovit', chto galaktiki gruppiruyutsya v skopleniya, a v seredine proshlogo veka bilo obnaruzheno, chto skopleniya galaktik, v svoyu ochered', gruppiruyutsya v sverkhskopleniya. Sovokupnost' vsekh nablyudaemikh na nebe ob'ektov nazvali Metagalaktikoj; odnako chasche k etoj sovokupnosti primenyali termin "Vselennaya" (v dal'nejshem mi popitaemsya chetko razgranichit' oba eti ponyatiya). V tablitse V.1 privedeni srednie kharakteristiki osnovnikh klassov nebesnikh ob'ektov.

Takim obrazom, mozhno zaklyuchit', chto razmeri "Vselennoj" suschestvenno vozrastali s progressom tekhniki issledovanij i nablyudenij. Sledovatel'no, ponyatie "Vselennaya" ne mozhet bit' ekvivalentom "vsego suschego", ono lish' otrazhaet nashe znanie o mire v dannij moment. Tem ne menee kak v populyarnikh izdaniyakh, tak i v chasti ser'eznikh monografij ukorenilos' tozhdestvo: Vselennaya --- vse suschee. V etikh terminologicheskikh raznoglasiyakh est' dve prichini. Odna chisto sub'ektivnaya: "Vselennaya" zvuchit gorazdo effektnee, chem, naprimer, sverkhskoplenie ili Metagalaktika. No est' i vtoraya, ob'ektivnaya, prichina. V techenie mnogikh desyatiletij suschestvovalo ubezhdenie, chto razmeri Metagalaktiki (pribl. 1028 sm) sovpadayut s granitsami poznavaemogo mira, i poetomu ee sleduet otozhdestvit' so Vselennoj. Odnako v kosmologii suschestvuet takzhe tochka zreniya, chto Metagalaktika lish' nebol'shaya chast' nashego mira i poetomu otozhdestvlenie Metagalaktiki so Vselennoj ves'ma nepravomerno. V svyazi s temoj knigi tselesoobrazno dat' bolee tochnoe opredelenie oboikh ponyatij. Metagalaktikoj mi budem nazivat' sovokupnost' ob'ektov, raspolozhennikh sejchas v prostranstvennom ob'eme radiusom pribl. 1028 sm. V dannom opredelenii mi ne uchitivaem (dlya prostoti) evolyutsiyu Metagalaktiki vo vremeni. Vselennaya -- eto sovokupnost' ob'ektov, poznavaemikh v dannij moment. Eto ponyatie otrazhaet uroven' nashikh znanij o mire. Lish' sovpadenie oboikh ponyatij v techenie neskol'kikh desyatiletij privelo k ikh otozhdestvleniyu.

Tem ne menee voznikaet estestvennij vopros -- ogranichivayutsya li etimi dvumya ponyatiyami vse ostal'nie obrazovaniya v poznavaemom mire? V ramkakh sovremennoj kosmologii obsuzhdayutsya drugie ob'ekti, sravnimie po razmeram s nashej Metagalaktikoj, no s inimi fizicheskimi svojstvami. Mi budem nazivat' takie ob'ekti metagalaktikami s malen'koj bukvi. I, nakonets, predpolozhitel'no dolzhni suschestvovat' ob'ekti znachitel'no bol'shego razmera (po nekotorim otsenkam, ikh razmeri sostavlyayut pribl. 10106 sm), kotorie chasto nazivayut mini-vselennimi ili domenami.

I esche odno zamechanie. Do sikh por kosmologiya i fizika elementarnikh chastits obichno rassmatrivayutsya kak raznie razdeli fiziki, no v poslednee vremya nametilas' tendentsiya k ikh ob'edineniyu. Odnako strogoe izlozhenie obeikh vetvej fiziki v ramkakh odnoj knigi nevozmozhno. Poetomu avtori vinuzhdeni inogda dlya obschnosti zhertvovat' strogost'yu. Polnoe izlozhenie otdel'nikh etapov v kosmologii mozhno izuchit' po neskol'kim monografiyam, naprimer [14, 23, 26, 27].


Ob avtorakh
Irina Vladimirovna Arkhangel'skaya

Rodilas' v 1973 g. Okonchila Moskovskij inzhenerno-fizicheskij institut s krasnim diplomom v 1996 g. po spetsial'nosti "Eksperimental'naya yadernaya fizika"; diplomnaya rabota bila nagrazhdena medal'yu "Za luchshuyu studencheskuyu rabotu". Vo vremya uchebi v aspiranture v 1998 g. poluchila Sorosovskuyu stipendiyu. V nastoyaschee vremya rabotaet v Institute astrofiziki MIFI v dolzhnosti nauchnogo sotrudnika.

I.V.Arkhangel'skaya yavlyaetsya soavtorom svishe 40 nauchnikh rabot po gamma-vspleskam, fraktal'nomu analizu, obrabotke informatsii s detektorov gamma-izlucheniya, solnechnim vspishkam i fizicheskomu vakuumu. Rezul'tati ee nauchnikh issledovanij dokladivalis' bolee chem na 20 konferentsiyakh i seminarakh, v tom chisle zarubezhnikh, i poluchili visokuyu otsenku nauchnoj obschestvennosti, a knigi "Geometriya, dinamika, Vselennaya" (URSS, 2003, soavt. I.L.Rozental') i nastoyaschee izdanie yavlyayutsya osnovoj kursa lektsij "Sovremennie problemi fiziki", kotorij I.V.Arkhangel'skaya chitaet v MIFI dlya studentov 5-go kursa.


Iosif Leonidovich Rozental' (1919--2004)

Doktor fiziko-matematicheskikh nauk, professor Moskovskogo inzhenerno-fizicheskogo instituta (gosudarstvennogo universiteta), starshij nauchnij sotrudnik Instituta kosmicheskikh issledovanij RAN. Rodilsya v Moskve. Okonchil fizicheskij fakul'tet MGU im. M.V.Lomonosova v 1941 g. Sluzhil na Severnom i Tsentral'nikh frontakh vplot' do okonchaniya vojni v dolzhnosti komandira batarei. Nagrazhden ordenom Otechestvennoj vojni i mnogimi medalyami. V 1950 g. zaschitil kandidatskuyu dissertatsiyu, zatem v 1957 g. -- doktorskuyu. V 1962 g. poluchil zvanie professora. Oblast' nauchnikh interesov: kosmologiya, fizika elementarnikh chastits, astrofizika. Avtor bolee 300 statej i 19 knig. Mnogie knigi perevedeni na anglijskij, yaponskij, nemetskij i pol'skij yaziki.


Artur Davidovich Chernin

Doktor fiziko-matematicheskikh nauk, professor Gosudarstvennogo astronomicheskogo instituta im. P.K.Shternberga pri MGU im. M.V.Lomonosova. Oblast' issledovanij -- kosmologiya i teoreticheskaya astrofizika. Avtor bolee 150 nauchnikh statej, avtor ili soavtor shesti nauchnikh i nauchno-populyarnikh knig, vishedshikh na russkom, anglijskom, ispanskom i yaponskom yazikakh. Laureat Lomonosovskoj premii MGU.