Автореферат (1145294)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

на правах рукописиГоловнев Алексей ВалерьевичМодифицированные теории гравитациив космологическом контексте01.04.02 – теоретическая физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукСанкт-Петербург – 2017Работа выполнена в ФГБОУ ВО"Санкт-Петербургский государственный университет"Официальные оппоненты:Арефьева Ирина Ярославна, д.ф.-м.н., проф., ведущий научныйсотрудник Математического института им. В.А. Стеклова РАНГорбунов Дмитрий Сергеевич, д.ф.-м.н., чл.-корр.

РАН, главныйнаучный сотрудник Института ядерных исследований РАНЮров Артем Валерианович, д.ф.-м.н., проф., директор Институтафизико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета им. И. КантаВедущая организация:Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ«Курчатовский институт»Защита состоится 29 марта 2018 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 212.232.24 при Санкт-Петербургском государственномуниверситете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний пр., В.О., д.41/43, ауд. 304С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.М.

Горького СПбГУ и на сайте https://disser.spbu.ru/Автореферат разослан2018 г.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по адресу 198504, Санкт-Петербург,Ульяновская ул., д. 1, корпус И, каб. 417.Ученый секретарьдиссертационного совета,д.ф.-м.н.Аксенова Елена ВалентиновнаОбщая характеристика работыИз четырех фундаментальных взаимодействий гравитационное является наиболее непосредственно осязаемым, знакомым человеку с незапамятных времен. Классическая теория гравитации, восходящая к Исааку Ньютону, успешно описывает широкий круг явлений от падения телвблизи земной поверхности до задач небесной механики.

Имеющиеся отклонения от классических предсказаний, как в известном случае с прецессией перигелия Меркурия, успешно объясняются в рамках общей теории относительности, которая является на сегодняшний день общепринятой теорией гравитации, прямо не противоречащей никаким наблюдательным фактам.Несмотря на столь долгую историю, изучение гравитационного взаимодействия продолжает оставаться актуальной задачей фундаментальной физики.

Это очень активная тематика исследований со своими успехами и разочарованиями. Последние представлены по большей части безуспешными попытками описания гравитации в квантовом режиме, чтовпрочем относится больше к вопросам академического характера, поскольку эффекты квантовой гравитации находятся пока еще весьма далеко от доступных экспериментаторам горизонтов. Одним же из самыхпотрясающих успехов оказалась возможность построения космологических моделей на научной основе, когда гравитационное взаимодействиебыло описано на языке геометрии пространства-времени в общей теорииотносительности Альберта Эйнштейна.Использование общей теории относительности в космологическихмасштабах позволяет, с одной стороны, получить блестяще работающуюстандартную космологическую модель [1], но, с другой стороны, приводит и к новым разочарованиям: мы вынуждены вводить загадочныетемные сектора в теорию – темную материю, темную энергию, а такжеизучать феноменологические модели инфляции без понимания фундаментальной природы инфлатона.

Конечно, темную энергию можно интерпретировать просто как присутствие космологической постоянной, ноее чрезвычайно малое значение представляется очень технически неесте3ственным (в смысле квантовой теории поля).Складывается довольно странная ситация, и положение еще большеусугубляется тем, что поиски частиц темной материи (пока?) не приводят к успеху. Сам собой возникает вопрос: может быть, дело не в неполноте нашего знания физики элементарных частиц? Может быть, теориягравитации нуждается в корректировке? Ясно, что ни результаты многочисленных лабораторных экспериментов, ни детальное изучение динамики Солнечной Системы или двойных пульсаров не могут гарантировать,что в галактических и космологических масштабах теория гравитации недолжна быть модифицирована для лучшего соответствия с экспериментальными (или в данном контексте лучше сказать – наблюдательными)данными.Тем самым возникает (весьма обширное) направление в современнойтеоретической физике – изучение модифицированных теорий гравитации (modified gravity).

Его целью является выяснение того, как можноописать гравитацию в рамках модифицированной теории так, чтобы и невойти в противоречие с имеющимися экспериментальными данными, ипредложить лучшее описание достаточно широкого круга явлений в космологии. В принципе, подобную программу можно проводить в жизньи с точки зрения проблем квантования теории гравитационного взаимодействия. Но в данной диссертации мы будем последовательно придерживаться космологической точки зрения, более близкой к непосредственным наблюдениям и экспериментам.Заметим, что другой входящий сейчас в моду термин для этого направления – расширенные (extended) теории гравитации.

Это связано стем, что многие классы таких теорий могут быть заменой переменныхсведены к стандартной общей теории относительности с дополнительными полями. Материя при этом взаимодействует с модифицированнойметрикой, зависящей от вспомогательных полей – например, с метрикой, конформно растянутой функцией дополнительного скалярного поля, в скалярно-тензорном представлении f (R) гравитации [2]. Универсальность взаимодействия всех полей материи с дополнительными полями делает интерпретацию на языке модифицированной гравитации более4естественной.В данной диссертации рассматривается ряд вопрососв, относящихся к теориям модифицированной гравитации и теоретическим аспектамкосмологии. В их число входят такие темы как инфляция с векторными полями, массивная и биметрическая гравитация, телепараллельныеподходы к модифицированной гравитации, а также некоторые другиетемы.Актуальность темы исследованияКак уже упоминалось выше, современная теоретическая космология –развитая научная дисциплина, основанная на общей теории относительности.

Она находится в прекрасном согласии с наблюдениями. Однакоже есть ряд загадок, включающий в себя проблему космологической постоянной, темные сектора, природу инфлатона... Это приводит к тому,что исследования в области альтернативных (модифицированных, расширенных) теорий гравитации и их космологических приложений идуточень активно. Каждую неделю появляется множество научных статейпо этой теме.Работы, положенные в основу данной диссертации, проливают светна фундаментальные свойства популярных способов модифицирования(расширения) гравитации – биметрических формализмов, теорий с кручением, необычных скалярно-тензорных расширений типа mimetic darkmatter [3], нелокальных теорий. В перспективе это позволит продолжитьобсуждение феноменологических аспектов и особенностей построениямоделей в рамках космологии с модифицированной гравитацией с новых точек зрения.Особо следует отметить, что космология – это наука, в которой,несмотря на очевидные сложности, имеется как достаточное количествонаблюдательных данных, так и все основания ожидать, что их потокотнюдь не иссякнет в обозримом будущем: изучение поляризации реликтового фона, составление галактических каталогов, применение методов слабого гравитационного линзирования, работа с лесами лайман-5альфа [4] и линией сверхтонкой структуры водорода [5] – все эти направления активно развиваются, находясь на разных этапах своего развития.Недавнее открытие гравитационных волн [6] позволяет рассчитывать наотносительно скорое развитие гравитационно-волновой астрономии.Эта уникальная возможность для проверки фундаментальных теорий весьма успешно привлекает к себе внимание исследователей, ранееработавших в других областях теоретической физики, таких как физика элементарных частиц.

Достаточно вспомнить Стивена Вайнберга, илиотметить, что Эдвард Виттен недавно стал соавтором статьи [7] о возможной природе Тёмной Материи (сверхлёгкие аксионоподобные поля).Разработанность темы исследованияВ современной теоретической физике активно развивается целый ряд направлений, предлагающих описание космологической эволюции в рамкахмодифицированных (расширенных) теорий гравитации.

Общее состояние исследований таково, что на данный момент трудно выделить глобально предпочтительные направления, а конкретные подходы имеютразные степени разработанности и успеха.Тематика, связанная с векторной инфляцией, практически не существовала до появления наших работ. На сегодняшний день эта тема является весьма разработанной. И хотя исходное предложение оказалось,строго говоря, нежизнеспособным, сейчас существует некоторое количество более тонких способов использования векторных полей [8, 9], возникновение которых было тесно связано с нашими работами.По массивной и биметрической гравитации де Рам - Габададзе - Толли [10] в последние примерно семь лет существует огромный пласт литературы, исчисляемый многими сотнями наименований. Детально разработаны вопросы гамильтонова анализа в метрическом и тетрадном формализмах, изучены многие обобщения теории и космологические решения вместе с (не всегда полным) анализом возмущений.

Однако многиефундаментальные аспекты до сих пор остаются terra incognita. В частности, общие вопросы неоднозначности извлечения квадратных корней6были практически не изучены до появления нашей работы.Степень разработанности других версий модифицированной гравитации, которые мы рассматриваем в данной диссертации, варьирует отвесьма глубокой до совсем недавно появившихся моделей (например, миметическая гравитация [3], где наша работа была второй статьей по теме, причем предложившей именно ту формулировку теории, которая используется в большинстве последующих исследований). Мы подробнокомментируем каждый случай в началах соответствующих глав и разделов диссертации.Цели работыЦелью данной работы является изучение модифицированных теорийгравитации и их космологических приложений. Это дает новый взглядна проблемы и загадки космологии, позволяет лучше понять особенностигравитационного взаимодействия, а также в перспективе приближает наск решению вопроса о том, какова же вероятная природа темных секторов – расширение стандартной модели физики элементарных частиц илиже модификация гравитационного взаимодействия (впрочем, как ужеупоминалось выше, в буквальном смысле это деление носит условныйхарактер).Для достижения этой глобальной цели решаются следующие болеелокальные задачи:• Построить модели инфляции с векторным инфлатоном и проверитьих устойчивость по отношению к возмущениям.• Убедившись в отсутствии таковой, выяснить свойства возникающих неустойчивостей и исследовать возможности построения болеесложных моделей.• Провести гамильтонов анализ моделей массивной гравитации иустановить наличие или отсутствие духа Боулвара-Дезера как висходной модели, так и в ее расширениях, таких как расширенныйквазидилатон.7• Установить роль, которую играет неоднозначность извлеченияквадратного корня из матрицы в теориях массивной гравитации,и найти удобный метод построения теории возмущений с учетомэтих особенностей.• Построить общие методы гамильтонова анализа биметрическихтеорий, в которых тензор кривизны порожден связностью ЛевиЧивита вспомогательной метрики.• Найти удобные методы описания биметрических теорий Амендолы- Энквиста - Койвисто, в которых две метрики связаны конформным или дисформным соотношением, зависящим от кривизны.• Исследовать проблему локальной лоренц-инвариантности в телепараллельной гравитации и выяснить на этой основе роль, которуюиграет спин-связность в модифицированных теориях типа f (T ).• Дать удобное скалярно-тензорное описание модели миметическойтемной материи (mimetic dark matter).Основные положения, выносимые на защиту1.

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.

Список файлов диссертации