15 август 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 03 януари 2018 в 12:06 220
Adam Lofting / flickr.com

Поле, което пронизва Вселената и играе ролята на "пета сила" (пето взаимодействие), което действа между масивните тела, може да бъде кандидат за ролята на тъмната енергия и обяснение за ускоряващото се разширяване на Вселената.

Теоретични физици изследваха тази алтернативна теория на гравитацията и показаха, че в някои случаи в нея работят прости електростатични аналогии.

Такова поле, известно като симетронно, има симетрия в области с висока плътност, а в области с ниска плътност, такива като например вакуум, симетрията, напротив, е нарушена.

Понякога това прави възможно значително да се опростят изчисленията. С новия метод учените изчислиха силата взаимодействие между маса на точка и сфера, а също така показаха, че елипсоид, поставен в еднородно симетронно поле ще се завърти и изравни по полярността на полето.

Статията е публикувана в Physical Review D.

През 1961 г. теоретичните физици Карл Бранс (Carl Brans) и Робърт Дике (Robert Dicke) разработват теория на скаларно-тензорната гравитация, съвместима с принципа на Мах. С други думи, те приемат, че освен материята и гравитацията, има някаква същност, която определя пространство-времето. В теорията на Бранс-Дике тази нова същност е ново скаларно поле. 

Всички алтернативни теории на гравитацията при определена граница трябва да преминават в Общата теория на относителността. Например разликите в модифицираните теории трябва да играят роля при космологични мащаби, но да остават незабележими в рамките на Слънчевата система.

През 2004 году Джъстин Хури (Justin Khoury) и Аманда Велтман (Amanda Weltman) за първи път предлагат такава теория, разглеждайки хипотетични полета - "хамелеони", които затихват близо до масивни обекти като Земята или Слънцето, но се усилват при отдалечаване от тях. Затова в космологични мащаби при които средната плътност на Материята не е много висока такива полета могат да играят ролята на тъмната енергия, ускоряваща разширяването на Вселената. Но теоритиците разглеждат само възможността за построяване на такава теория и не предлагат механизъм, който ще предизвиква подобно поведение на полетата хамелеони.

През 2006 година Курт Хинтербихлер (Kurt Hinterbichler) и Джастин Хури развиват идеята за хамелеонната гравитация и предлагат симетронния модел. В този модел масата на скаларното поле възниква заради спонтанното нарушение на симетрията, същия този механизъм работи при обикновените частици - при механизма на Хигс - и е свързан с вида на потенциала, който определя взаимодействието на полето само със себе си.

Най-простият пример за такъв потенциал е " мексиканската шапка".

Dimitrov ни модел потенциалът Зависи Не само от стойността на симетричното поле НОИ от подлостта е Материята заради това динамиката на полето ще се променя в зависимост от това колко сме отдалечени от масивни тела във вакуум масата на бушоните на симетро Мото поле се определя само от параметрите на ефективния потенциал и в границите на ниски енергии теорията възпроизвежда електростатика с масивни фотони тоест напомня теорията на юкава при високи при висока плътност на Материята мексиканската шапка се превръща в яма и спонтанно нарушение на симетрията не се случва масата на бушоните е равна на нула

В симметронной модели потенциал зависит не только от величины симметронного поля, но и от плотности материи. Из-за этого динамика поля будет меняться в зависимости от того, как сильно мы удалены от массивных тел. В вакууме масса бозонов симметронного поля определяется только параметрами эффективного потенциала, и в пределе низких энергий теория воспроизводит электростатику с массивными фотонами, то есть напоминает теорию Юкавы. При высокой плотности материи «мексиканская шляпа» превращается в «ямку», и спонтанного нарушения симметрии не происходит — масса бозонов равна нулю. Тем не менее, на этот раз теория снова воспроизводит массивную электростатику, только масштаб масс определяется плотностью материи, а не параметрами исходного потенциала.

Группа физиков-теоретиков под руководством Лили Огден (Lillie Ogden) решает в нескольких частных случаях уравнения, описывающие динамику материи, гравитации и симметронного поля. Вообще говоря, эти уравнения являются нелинейными, то есть решать их сложно. Обычно это делают численно, привлекая мощные компьютеры и сложные алгоритмы. Однако оказывается, что в симметронной модели можно использовать электростатические аналогии — например, в ней работает метод изображений, который позволяет проще вычислять силу, действующую на маленькое тело, находящееся неподалеку от большого. Во многих случаях это позволяет упростить вычисления.

Для начала физики провели «честные» вычисления для тонкостенной и толстостенной сферы. В первом случае симметронное поле внутри сферы полагалось постоянным и равным нулю, во втором случае — равным своему значению на поверхности. Кроме того, теоретики считали, что на бесконечности (там, где материи нет) поле равно своему вакуумному значению. В обоих этих случаях физики искали, как поле на поверхности сферы отличается от вакуумного значения. Оказалось, что в случае «толстой» сферы отличие уменьшалось быстрее. Кроме того, около поверхности толстостенной сферы градиенты гравитационного и симметронного поля оказались сравнимы.

Затем ученые рассмотрели случай, в котором половина пространства была однородно заполнена массивной материей, а другая половина оставалась пустой. В этом случае пробное тело, помещенное около разделяющей полупространства плоскости, притягивалось к ней с постоянной силой.

Все это очень напоминало случай электростатики, в которой наблюдаются похожие эффекты. В общем-то, это не удивительно. В самом деле, прикинем, на что похоже уравнение симметронного поля в пределе маленьких масс поля и больших плотностей материи. В пустом пространстве оно переходит в привычное для нас уравнение Лапласа, в областях с высокой плотностью материи — в уравнение Пуассона (в ведущем порядке). Эти же уравнения описывают обычный электростатический потенциал. Получается, что можно сказать, будто толстостенная сфера аналогична заряженному изолятору, а тонкостенная сфера — идеальному проводнику.

Поэтому для приближенных расчетов сил, действующих на массивные тела в симметронной модели, можно применить метод изображений. Заключается этот метод в том, что вместо прямого расчета силы, возникающей между пробным зарядом и замкнутой заряженной поверхностью, мы подбираем «фиктивные» точечные заряды таким образом, чтобы выполнялись граничные условия на поверхности. Тогда сила взаимодействия между пробным зарядом и поверхностью будет равна силе взаимодействия с фиктивными зарядами. Примеры задачек на метод изображений в электростатике можно посмотреть, например, здесь и здесь.

Подобным же образом теоретики вычислили силу взаимодействия между точечной массой и сферой с тонкими стенками. Для этого они заменили сферу на две точечных массы-изображения, сдвинутых друг относительно друга на расстояние, равное толщине оболочки. Оказалось, что помимо притяжения масса будет испытывать отталкивание, величина которого растет с приближением к поверхности — при этом выражение для силы совпадает с результатом, полученным Хинтербихлером и Хури в оригинальной работе 2006 года. Интересно, что при правильно подобранных значениях теории, плотности и радиуса сферы отталкивание может пересилить притягивание — возникает эффект, невозможный в классической теории гравитации.

Кроме того, ученые выяснили, что вытянутое тонкостенное тело (например, эллипсоид), разворачивается по полю, даже если поле однородно. В классической гравитации этот эффект также невозможен из-за симметрии задачи, а потому ученые предлагают использовать его для проверки справедливости теории.

Вообще говоря, в науке часто бывает так, что теории, придуманные для описания одних эффектов, находят применение в совершенно других областях. Например, одномерную электронную жидкость можно смоделировать с помощью ультрахолодного бозе-газа. 

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Въпроси
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.