Возможно, самая острая проблема фундаментальной физики и астрономии 21 века ВСЕМИРНОЕ АНТИТЯГОТЕНИЕ А. Д. Чернин ГАИШ МГУ. - презентация

1 Возможно, самая острая проблема фундаментальной физики и астрономии 21 века ВСЕМИРНОЕ АНТИТЯГОТЕНИЕ А. Д. Чернин ГАИШ МГУ

2 ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ АНТИТЯГОТЕНИЕ R R МГ от яблока до МГ от МГ до горизонта мира R МГ 1 Мпк ГАИШ (2000) МГ = Местная Группа галактик

3 Всемирное тяготение (1687) : любые два тела природы притягиваются друг к другу с силой F N = - G M 1 М 2 / R 2 G – постоянная тяготения Ньютона Измерена (2014) до 4 знака Закон Ньютона проверен (2014) до см

4 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…

5 * Бронштейн (1934) гравитон * Грибов (1971) Хокинг (1974): Квантовое испарение черных дыр ОТО - нелинейная теория Бозон Хиггса: Инертная масса

6 Гипотеза Эйнштейна (1917): Во Вселенной как целом действует не только притяжение, но и отталкивание – антитяготение. Оно создает космическое ускорение + (c 2 / 3 ) R - космологическая постоянная Эйнштейна

7 Интерпретация Глинера (1965): Источник анти тяготения – невидимая среда постоянной плотности (темная энергия) = с 2 /(8 G) * Равномерно заполняет все пространство Вселенной * По своим механическим свойствам подобна вакууму

8 Уравнение состояния: p = - c 2 < 0 Активная грав. масса: + 3 p/c 2 < 0 Пассивная грав. масса = инертная масса + p/c 2 = 0 Создает антитяготение, не чувствует ни внешнего тяготения, ни собственного анти тяготения

9 Фридман ( ): Вселенная как целое расширяется Динамика и 4-геометрия мира определяются конкуренцией Ньютоновского тяготения и Эйнштейновского анти тяготения -- эмпирический параметр теории

10 Riess, Schmidt et al. (1998), Perlmutter et al. (1999) НST наблюдения на расстояниях 10 млрд св. лет *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 2011

11 Астрономические наблюдения: = с 2 /(8 G) г/см 3 SN Ia, WMAP, Planck … ( ) Зельдович (1981): < г/см 3 ?! Шкловский, Кардашев (1967): ~ г/см 3

12 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВСЕЛЕННОЙ Accidental? Preposterously complex? Absurd? Radiation 0.01% Planck ( ): DE = 68.3; DM = 26.8; B = 4.9; t = 13.8 Gyr A DE ~ A DM ~ A B ~ A R ~ cm ~ L P (M P /M DM ) 4

13 Фундаментальная физика: Попытка вычислить плотность темной энергии из «первых принципов» P = c 5 /(G 2 ћ) г/см 3 в раз больше наблюдаемой величины ! С. Вайнберг : Самый грандиозный провал теор физики за всю ее историю, считая от Ньютона

14 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)

15 Coma (Abell 1656) is the largest well-studied regular cluster of galaxies HST

16 ROSAT: COMA IN X-RAYS

17 Planck: COMA in CMB (SZ)

18 COMA CLUSTER Zwicky (1933): DARK MATTER DISCOVERY M = V 2 R/G V = 10 3 km/s, R = 2 Mpc M = M sun M ~ 10 M B

19 Coma mass: Observations (h = 0.7) Zwicky (1933): M = M sun Colles (2006): M = M sun, R = 1.4 Mpc The & White (1999): M = M sun, R = 3 Mpc Hughes (1989): M = M sun, R = 3 Mpc Kubo et al. (2007): M = M sun, R = 4.8 Mpc Geller et al. (2011): M = M sun, R = 14 Mpc

20 THREE MASSES of COMA 1. MATTER MASS (dark matter + baryons) M M > 0 2. DARK ENERGY EFFECTIVE MASS M E < 0 3. GRAVITATING MASS M G = M M + M E

21 DARK ENERGY EFFECTIVE MASS Model-independent estimate p E = - E ( c=1) M E (R) = (4 /3) Eeff R 3 Eeff = E + 3 p E = -2 E, R 14 Mpc: M E = M sun

22 DARK MATTER MASS Model-independent estimate M M = M G - M E R 14 Mpc: M G = M(Geller) = M sun M E = M sun M M = M G – M E = M sun

23 Model 1. Universal matter profile (FNW 1972) (R) = 4 0 [(R/R 0 ) (1+ R/R 0 ) 2 ] -1 R 0 and 0 from data on R = 1.4 Mpc and R = 4.8 Mpc

24 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

25 COMA: UPPER LIMITS Gravitation binding condition M G = M M + M E > 0 leads to upper limits to total size and total mass: Model 1. R < 20 Mpc, M < M sun Model 2. R < 17 Mpc, M < Msun

26 COMA as DARK ENERGY ESTIMATOR E = | M G - M M | [(8 /3) R 3 ] -1 Model 1. E = (0.6 – 1.7) g/cm 3 Model 2. E = (0.5 – 1.5) g/cm 3 R = 4-14 Mpc

27 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): |M E | ½ M M M G * COMA is DARK ENERGY ESTIMATOR E ( ) g/sm 3

28 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 ???

29 FNW Hernquist New

30

31 FNW Hernquist New