ВСЕМИРНОЕ АНТИТЯГОТЕНИЕ Возможно фундаментальной физики и астрономии А

ВСЕМИРНОЕ АНТИТЯГОТЕНИЕ
А.Д. Чернин
ГАИШ МГУ
Возможно, самая острая проблема
фундаментальной физики и астрономии 21 века
ВСЕМИРНОЕ
ТЯГОТЕНИЕ
R
<
АНТИТЯГОТЕНИЕ
RМГ
от яблока до МГ
R
>
RМГ
от МГ до горизонта мира
RМГ ≈ 1 Мпк
ГАИШ (2000)
МГ = Местная Группа галактик
Всемирное тяготение (1687) :
любые два тела природы
притягиваются
друг к другу с силой
FN = - G M1М2 / R2
G – постоянная тяготения Ньютона
Измерена (2014) до 4 знака
Закон Ньютона проверен (2014) до 10-3 см
Самая слабая
и самая загадочная сила природы
Как сила тяготения передается от
одного тела к другому?
Материальные носители тяготения?
Ньютон: Гипотез не измышляю…
ОТВЕТА НЕТ ДО СИХ ПОР…
*Бронштейн (1934)
гравитон
*Грибов (1971)
Хокинг (1974):
Квантовое испарение
черных дыр
ОТО - нелинейная теория
Бозон Хиггса: Инертная масса
Гипотеза Эйнштейна (1917):
Во Вселенной как целом
действует не только притяжение,
но и отталкивание – антитяготение.
Оно создает космическое ускорение
+ (c2/3)  R
- космологическая постоянная Эйнштейна
Интерпретация Глинера (1965):
Источник антитяготения –
невидимая среда постоянной плотности
(темная энергия)
 = с2/(8G)
*Равномерно заполняет все пространство
Вселенной
*По своим механическим свойствам подобна
вакууму
Уравнение состояния:
p = -  c2 < 0
Активная грав. масса:
 + 3 p/c2 < 0
Пассивная грав. масса = инертная масса
 + p/c2 = 0
Создает антитяготение, не чувствует ни внешнего
тяготения, ни собственного антитяготения
Фридман (1922 -24):
Вселенная как целое расширяется
Динамика и 4-геометрия мира
определяются конкуренцией
Ньютоновского тяготения и
Эйнштейновского антитяготения
 -- эмпирический параметр теории
Riess, Schmidt et al. (1998), Perlmutter et al. (1999)
НST наблюдения на
расстояниях ≈ 10 млрд св. лет
2011
*Вселенная расширяется по Фридману
*Расширение происходит с ускорением,
создаваемым антитяготением Эйнштейна.
*Антитяготение сильнее тяготения
в масштабе всей наблюдаемой Вселенной
Самый грандиозный успех физики после Ньютона
Астрономические наблюдения:
 = с2/(8G) ≈ 0.7•10-29 г/cм3
SN Ia, WMAP, Planck … (1999-2014)
Зельдович (1981): < 10-29 г/см3
≤ ?!
Шкловский, Кардашев (1967): ~ 10-28 г/см3
Planck (30.10. 2014): DE = 68.3; DM = 26.8; B = 4.9; t = 13.8 Gyr
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВСЕЛЕННОЙ
Radiation
0.01%
Accidental? Preposterously complex? Absurd?
ADE ~ ADM ~ AB ~ AR ~ 1028 cm ~ LP (MP/MDM)4
Фундаментальная физика:
Попытка вычислить плотность
темной энергии из «первых принципов»
 ≈ P = c5/(G2 ћ) ≈ 1093 г/cм3
в 10123
раз больше наблюдаемой величины!
С. Вайнберг:
Самый грандиозный провал теорфизики за
всю ее историю, считая от Ньютона
Dark matter and dark energy
in the Coma Cluster
A.D. Chernin (SAI), G.S. Bisnovatyi-Kogan (IKI),
P. Teerikorpi, M.J. Valtonen (Turku),
G.G. Byrd (Alabama), M. Merafina (Roma)
A&A 553A, 101 (2013)
Coma (Abell 1656) is the largest
well-studied regular cluster of galaxies
HST
ROSAT: COMA IN X-RAYS
Planck: COMA in CMB (SZ)
COMA CLUSTER
Zwicky (1933): DARK MATTER DISCOVERY
M = V2 R/G
V = 103 km/s,
R = 2 Mpc
M = 3 • 1014 Msun
M ~ 10 MB
Coma mass: Observations
(h = 0.7)
Zwicky (1933): M = 3 • 1014 Msun
Colles (2006): M = 4.4 • 1014 Msun,
Mpc
R = 1.4
The & White (1999): M = 1.9 • 1015 Msun, R = 3 Mpc
Hughes (1989): M = 1.7 • 1015 Msun,
Kubo et al. (2007): M = 2.6 • 1015 Msun,
R = 3 Mpc
R = 4.8 Mpc
Geller et al. (2011): M = 2.4 • 1015 M , R = 14 Mpc
THREE MASSES of COMA
1. MATTER MASS (dark matter + baryons)
MM > 0
2. DARK ENERGY EFFECTIVE MASS
ME < 0
3. GRAVITATING MASS
MG = MM + ME
DARK ENERGY EFFECTIVE MASS
Model-independent estimate
pE = -  E
( c=1)
ME(R) = (4/3) Eeff R3
Eeff = E + 3 pE = -2 E,
R ≤ 14 Mpc:
ME = - 2.1 • 1015 Msun
DARK MATTER MASS
Model-independent estimate
MM = MG - ME
R ≤ 14 Mpc: MG = M(Geller) = 2.4 • 1015 Msun
ME = - 2.1 • 1015 Msun
MM = MG – ME = 4.5 • 1015 Msun
Model 1. “Universal” matter profile
(FNW 1972)
 (R) = 4 0[(R/R0) (1+ R/R0)2]-1
R0 and 0 from data on
R = 1.4 Mpc and R = 4.8 Mpc
Model 2. “New” matter profile
(A&A 2013)
 (R) = (3/4) M*R-3* (1 + R/R*)-4
M*, R* from data on
R = 1.4 Mpc and R = 4.8 Mpc
COMA: UPPER LIMITS
Gravitation binding condition
MG = MM + ME > 0
leads to upper limits to total size and total mass:
Model 1. R < 20 Mpc, M < 9 • 1015 Msun
Model 2. R < 17 Mpc,
M < 7 • 1015 Msun
COMA as DARK ENERGY ESTIMATOR
E = | MG - MM | [(8/3) R3]-1
Model 1.
E = (0.6 – 1.7) • 10-29 g/cm3
Model 2.
E = (0.5 – 1.5) • 10-29 g/cm3
R = 4-14 Mpc
1933:
* DARK MATTER found in COMA cluster
Now:
* DARK ENERGY found in COMA cluster
* DARK ENERGY effective mass in COMA
observable volume (R < 14 Mpc):
|ME| ≈ ½ MM ≈ MG
* COMA is DARK ENERGY ESTIMATOR

≈ (0.5-1.7) • 10-29 g/sm3
Гравитационное взаимодействие гораздо
богаче физическим содержанием, чем это
представлялось Ньютону и даже Эйнштейну
Темная энергия -- среда, создающая
антитяготение и не подверженная
никакому воздействию?
Действие не равно противодействию?
Что нужно наблюдать во Вселенной и/или в
лаборатории, чтобы ???
FNW
Hernquist
New
FNW
Hernquist
New