ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ

Многомерные модели и гравитационно-релятивистская метрология

Необходимость изучения многомерных моделей гравитации и космологии мотивирована несколькими причинами.

Во-первых, проблема объединения взаимодействий. Как уже говорилось, есть серьезные успехи в объединении слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий, существуют достижения в супергравитации, теориях струн и суперструн, М-теории, однако пока нет хорошей модели, объединяющей все четыре взаимодействия.

Во-вторых, многомерные гравитационные модели, как и скалярно-тензорные теории гравитации, являются последовательными теоретическими подходами для описания возможных вариаций ФФК.

Наконец, многомерные модели позволяют найти новые подходы к решению многих проблем космологии, например происхождения и величины космологической постоянной, стабильности и природы фундаментальных констант, наблюдаемого ускорения расширения Вселенной. Особую актуальность многомерные модели обрели в связи с запуском БАК в ЦЕРН, где, согласно некоторым многомерным моделям, при столкновениях частиц могут появляться микроскопические чёрные дыры.

Эти модели приводят к ряду физических эффектов, которые могли бы наблюдаться на практике. Естественно, встаёт вопрос об их практическом обнаружении. Важнейшими из них с точки зрения метрологических последствий являются:

  • отклонения от законов Ньютона и Кулона или новые взаимодействия;
  • изменения эффективной гравитационной постоянной G и других фундаментальных констант во времени и пространстве;
  • несохранение энергии в сильных полях и ускорителях, если верны идеи мира на бране, и т.д.

Метрологической основой всех экспериментов и наблюдений в данной области является, наряду с квантовой метрологией, гравитационно-релятивистская метрология (ГРМ) - быстро развивающийся раздел фундаментальной метрологии, связанный с прецизионными пространственно-временными измерениями.

ГРМ возникла благодаря росту точности измерений, распространению прецизионных измерений на большие расстояния (внутри и вне Солнечной системы) и тенденции современной физики к объединению взаимодействий и, следовательно, возможному существованию связей между ФФК.

Основными направлениями ГРМ, сформулированными и исследуемыми в ЦГФМ ВНИИМС, являются:

  • Разработка гравитационно-релятивистских моделей пространственно-временных измерений для РСДБ, миллисекундных пульсаров, радарных и лазерных измерений спутников и планет в ближнем и дальнем космосе. Создание моделей таких измерений для нашей галактики, скоплений галактик и всей Вселенной.
  • Измерение абсолютного значения гравитационной постоянной, других ФФК и их возможных вариаций во времени и пространстве.
  • Анализ различных теорий гравитации и теорий объединения, допускающих вариации ФФК (скалярно-тензорных, многомерных и др.)
  • Разработка гравитационных экспериментов нового поколения, в особенности космических, для проверки не только теории гравитации, но и объединенных теорий с использованием метрологических средств высшей точности (эталонов и др.), в частности:
    • эффектов вращения и эффектов второго порядка. Эффекты вращения (прецессия Лензе - Тирринга, или увлечение систем отсчета вблизи вращающегося тела, проверены с помощью лазерной локации спутников Лагеос и спутника Gravity Probe B на уровне 1 %);
    • принципа эквивалентности и закона Ньютона в метровых и микрометровых диапазонах, а также на расстояниях порядка размеров Солнечной системы (проблема аномального ускорения космических аппаратов «Пионер»);
    • временных вариаций гравитационной постоянной G и других ФФК.
  • Исследование космологических моделей и точное измерение космологических параметров с целью изучения фундаментальных свойств материи и получения ограничений на классы фундаментальных теорий, в частности изучение проблем темной энергии и темной материи.