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/(8G) *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/(8G) ≈ 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