Постмаксвелловские эффекты нелинейной электродинамики вакуума и гравитации (1104471)
Текст из файла
На правах рукописиСоколов Владимир АндреевичПОСТМАКСВЕЛЛОВСКИЕ ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОЙЭЛЕКТРОДИНАМИКИ ВАКУУМА И ГРАВИТАЦИИСпециальность 01.04.02 – теоретическая физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква2010Работа выполнена на кафедре квантовой теории и физики высокихэнергий физического факультета Московского Государственного Университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель: доктор физико-математических наук,профессор В.И.
ДенисовОфициальные оппоненты: доктор физико-математических наукА.Е. Лобанов,кандидат физико-математических наукА.В. ТатаринцевВедущая организация: Российский государственный геологоразведочныйуниверситет, г. МоскваЗащита состоится "___"________ 2010 г. в ____ час. на заседании Диссертационного Совета Д 501.002.10 при Московском ГосударственномУниверситете имени М.В. Ломоносова (119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, физический факультет МГУ, ауд._________)С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ имени М.В. ЛомоносоваАвтореферат разослан "___"___________ 2010 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.10доктор физико-математических наук,профессорЮ.В. ГрацОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы.
В настоящее время исследование новых эффектов нелинейной электродинамики вакуума представляется крайне актуальной проблемой теоретической физики. Прежде всего, это связано сприближением техники эксперимента к порогу регистрации этих эффектов. Первое подтверждение нелинейной природы электромагнитного вакуума уже получено в экспериментах по неупругому рассеянию фотонов вполе интенсивного лазерного излучения, выполненных на Стенфордскомускорителе.
Хотя эти эксперименты однозначно свидетельствуют в пользу нелинейности электродинамики вакуума, однако выбор той или инойтеоретической модели из этих результатов сделать нельзя. В то же времятехника создания "сильных" электромагнитных полей в лаборатории, получившая активное развитие, позволяет существенно расширить ряд экспериментов, в которых эффекты нелинейной электродинамики вакуумамогут быть зарегистрированы в ближайшее время. В связи с этим возникает задача расчета новых экспериментов, дающих возможность выяснить экспериментальный статус различных теорий нелинейного электромагнитного вакуума. Значительный интерес представляет исследование эффектов нелинейной электродинамики вакуума вблизи астрофизических источников сильных полей – пульсаров и магнетаров.
В этихусловиях возможны генерация кратных гармоник вращающимся пульсаром и воздействие быстрого вращения пульсара на запаздывание рентгеновского излучения, проходящего вблизи его поверхности.Кроме того, интерес к нелинейной электродинамике вакуума такжепродиктован возможностью получения новых решений уравнений полясо свойствами, существенно отличающимися от свойств решений линейной электродинамики Максвелла. Например, хорошо известно регуляри3зирующее влияние нелинейности в электродинамике Борна-Инфельда,приводящее к конечности собственной энергии электромагнитного поляточечного заряда в псевдоевклидовом пространстве-времени. Поиск других точных решений в различных моделях нелинейной электродинамикивакуума, как правило, требует развития новых методов интегрированиясистем нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных.Целью диссертационной работы является теоретическое изучениемакроскопических эффектов нелинейной электродинамики вакуума.
Оновключает развитие новых методов интегрирования уравнений нелинейнойэлектродинамики вакуума, нахождение новых точных решений этих нелинейных уравнений, а также выяснение возможностей регистрации новыхэффектов нелинейной электродинамики вакуума как в лабораторных, таки в астрофизических экспериментах.Научная новизна.В диссертации впервые выведены уравнения формализма спиновыхкоэффициентов для поиска новых точных решений уравнений нелинейной электродинамики произвольного вида. Впервые исследованы эффекты генерации кратных гармоник вращающимся пульсаром; взаимодействия электромагнитных волн в постоянном однородном магнитном поле; влияния быстрого вращения пульсара на эффект запаздывания электромагнитных волн, распространяющихся вблизи его поверхности.
Выполнено непертурбативное исследование изотропных геодезических в поле массивного заряженного силового центра теории Эйнштейна-БорнаИнфельда.Научная и практическая значимость работы.Полученные результаты могут быть использованы для поиска точных решений согласованной системы уравнений нелинейной электроди4намики вакуума и гравитации, для исследования процессов, происходящих вблизи поверхности пульсаров, а также при планировании и проведении прецизионных экспериментов с кольцевыми лазерами.Результаты могут быть использованы: ОИЯИ, РУДН, ФИАН, ГАИШ МГУ, Институте космических исследований РАН при проведенииработ по проекту "Спектр РГ".Апробация работы.Основные результаты диссертации докладывались на международных научных конференциях: "Ломоносов -2005" (Москва-2005), "Ломоносов -2006" (Севастополь-2006), "Ломоносов -2009" (Москва-2009), атакже на научных семинарах кафедры квантовой теории и физики высоких энергий и кафедры теоретической физики МГУ.Публикации.По теме диссертации опубликовано 7 работ, из которых три являются статьями в журнале, входящем в перечень ВАК.Структура диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, приложения и списка литературы.
В основном объеме диссертации содержится 10 рисунков. Объем диссертации составляет 112 страниц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении содержится обоснование актуальности исследуемыхзадач, формулируются цели работы и описывается структура диссертации. Приведен список публикаций по теме диссертационной работы.В первой главе приведены основные сведения о моделях нелинейной электродинамики вакуума, в частности теориях Гейзенберга-Эйлераи Борна-Инфельда. Описано постмаксвелловское обобщение моделей5нелинейной электродинамики вакуума в случае слабых полей. Во второмпараграфе обсуждается современный экспериментальный статус нелинейной электродинамики вакуума.Вторая глава посвящена развитию новых методов интегрированияуравнений нелинейной электродинамики вакуума.В параграфе 3 в терминах формализма Ньюмена-Пенроуза приводится вывод уравнений нелинейной электродинамики вакуума произвольного вида.
Полученные нами выражения вместе с тетрадным представлением уравнений гравитации Эйнштейна, представленными в приложении к диссертации, образуют замкнутую систему уравнений нелинейной электродинамики вакуума и гравитации.С целью проверки непротиворечивости полученных уравнений в параграфе 4 выполнено сравнение результатов решения задачи о поле электрического диполя электродинамики Борна-Инфельда, полученного врамках формализма Ньюмена-Пенроуза, с решением этой же задачи методом теории возмущений в сферическом координатном базисе.В параграфе 5 с использованием развитого формализма нами найдено новое точное стационарное решение для распределенной системызарядов в гравитационном поле силового центра.
Определены горизонтысобытий нового решения и выполнен анализ их свойств.Третья глава посвящена астрофизическим эффектам нелинейнойэлектродинамики вакуума.Исследование эффектов нелинейной электродинамики в астрофизических условиях представляется крайне перспективным. Прежде всего,это связано с возможностью проверки этих эффектов уже в условиях современного спутникового эксперимента.
Кроме того, актуальным является поиск новых астрофизических решений и анализ их свойств с цельювыявления непротиворечивости и самосогласованности той или иной теории нелинейной электродинамики вакуума.6В параграфе 6 в рамках параметризованного постмаксвелловскогоприближения решена задача о генерации кратных гармоник вращающимся пульсаром. Определены поля излучения пульсара на удвоенной и утроенной частоте вращения.
Получены выражения для интенсивности излучения и коэффициенты преобразования излучения основной гармоники вгармоники кратных частот. Для излучения пульсара на удвоенной и утроенной частотах вращения, соответственно, эти коэффициенты имеют вид:κ1,216k 4 |m|4 ξ 2 sin2 (θ0 ) cos2 (θ0 ) ³ 1 − n2z ´n=324η12 n4z + 1629η12 n2z −(105)2 Rs81 + n2zo22 222−714η1 η2 nz + 49η2 nz + 225η1 − 210η1 η2 + 49η2 ,´238 k 4 |m|4 ξ 2 η12 sin4 (θ0 ) ³2κ1,3 =1 − nz ,24 (35)2 Rs8где k = Ω/c и Ω - угловая частота вращения пульсара, nα - компонентыединичного вектора в направлении наблюдателя, θ0 - угол наклона магнитного дипольного момента пульсара m к оси вращения и Rs - радиуспульсара соответственно.Из полученных выражений следует, что в случае, если магнитный момент пульсара образует с осью вращения прямой угол, то излучение наудвоенной частоте вращения пульсара отсутствует, в то время как излучение основной частоты и третьей гармоники будет иметь максимальнуюинтенсивность.
Оценки коэффициентов преобразования κ1,2 и κ1,3 показывают, что излучение кратных гармоник не может быть обнаружено присовременной технике астрофизического эксперимента, но в тоже времяэто излучение оказывает существенное влияние на процессы рассеяния вмежзвездной среде.Параграфы 7 - 10 в третьей главе посвящены исследованию распространения электромагнитных волн в поле массивного заряженного силового центра в рамках теории Эйнштейна-Борна-Инфельда.7В параграфе 7 обсуждается постановка задачи, а параграф 8 посвящен вычислению непретурбативного выражения метрического тензораэффективного пространства-времени для электромагнитной волны, распространяющейся на фоне пространства-времени массивного заряженного силового центра.Из полученных нами выражений следует, что влияние нелинейныхсвойств электродинамики Борна-Инфельда содержится как в самом метрическом тензоре эффективного пространства-времени, так и в метрическом тензоре фонового пространства-времени силового центра, поэтомупараграф 9 посвящен исследованию свойств метрического тензора фонового пространства-времени силового центра.
В этом параграфе намиустановлено, что метрика фонового пространства массивного точечногозаряда в теории Эйнштейна-Борна-Инфельда, в отличие от аналогичногорешения Райснера-Нордстрема в теории Эйнштейна-Максвелла, допускает существование только одного горизонта, имеющего свойства, аналогичные свойствам горизонта событий Шварцшильда. Также нами установлено, что благодаря регуляризирующему влиянию нелинейной электродинамики вакуума максимально допустимый заряд звезды с массой Mможет превосходить значение Q∗ 2 = GM 2 - максимального заряда в решении Райснера-Нордстрема.В параграфе 10 рассматриваются свойства изотропных геодезических в пространстве заряженного массивного силового центра.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
