Перспективные направления в гравитации и космологии

[ivantozavrus]

Здравствуйте! Хочу задать очень общий вопрос. Мне нужно писать бакалаврскую дипломную работу. Мой научрук занимается теориями гравитации и космологией. Сознательно его выбирал, так как данная тематика меня очень интересует. Я, в целом, знаком с ОТО. Знаю, что в ее изначальном виде она сейчас не используется, зато есть огромное количество альтернативных теорий гравитации. Все они, так или иначе, ожидают какого-либо экспериментального подтверждения или опровержения себя. Например, для подтверждения инфляционной модели Старобинского необходимо обнаружить реликтовое гравитационное излучение, но пока этого сделать не удается. Собственно, вопрос. Какие есть на данный момент действительно интересные и перспективные направления (с вашей точки зрения, так как все это, конечно, крайне субъективно) для изучения в современных теориях гравитации и космологии, доступные, разумеется, для бакалаврского уровня? Отдельный вопрос про такие космологические сущности, как черные дыры, темная материя, темная энергия и т. д. Это то, что у всех на слуху. Конечно, и меня это также привлекает. Но решения Шварцшильда и Керра известны уже давно, и вообще, черные дыры довольно хорошо изучены. А в вопросах, связанных с темной материей и темной энергией, ученые пока зашли в тупик, если я правильно понимаю. Что вы можете сказать об этих направлениях, развиваются ли они в настоящее время?

[Anton_Peplov]

ivantozavrus в сообщении #1602277 писал(а):

Я, в целом, знаком с ОТО. Знаю, что в ее изначальном виде она сейчас не используется

Кем не используется? И для чего?

[Dmitriy40]

ivantozavrus в сообщении #1602277 писал(а):

Я, в целом, знаком с ОТО. Знаю, что в ее изначальном виде она сейчас не используется,

Используется. Да вся упомянутая Вами космология (крупнее скоплений галактик) без неё никак. Хотя именно тут ОТО не всегда в якобы "изначальном виде" (без лямбда члена).
Чёрные дыры, нейтронные звёзды, даже белые карлики - тоже во многих аспектах нужна ОТО (хоть те же спектры).
Гравитационные волны и всё что с ними связано - ОТО.
Гравитационное линзирование - современный тренд в астрономии, даёт много интересных результатов, как наблюдательных, так и теоретических. Тоже ОТО.
Глобальные навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС, все прочие) - без ОТО не работают.

ivantozavrus в сообщении #1602277 писал(а):

Что вы можете сказать об этих направлениях, развиваются ли они в настоящее время?

С тёмной энергий глухо как в танке, во всяком случае по новостям в СМИ.
А по тёмному веществу постепенно ужесточаются ограничения на различные гипотезы (наиболее вероятные варианты закрываются, остаются всё более и более экзотические), новых гипотез почти не появляется, как ни пытаются найти хоть что-то - не находят. Причём закрываются с двух сторон, и со стороны физики элементарных частиц, и со стороны наблюдательной астрономии. Не сказал бы что направление бурлит, но по несколько интересных результатов каждый год появляется (в разных областях).

Посоветовать ничего не могу, вообще не моя тема.

[мат-ламер]

ivantozavrus в сообщении #1602277 писал(а):

зато есть огромное количество альтернативных теорий гравитации.

Может вы в курсе, насколько эти теории согласуются с наблюдательными данными - хотя бы с сигналами, которые фиксируют детекторы гравитационных волн?

[ivantozavrus]

мат-ламер в сообщении #1602312 писал(а):

Может вы в курсе, насколько эти теории согласуются с наблюдательными данными - хотя бы с сигналами, которые фиксируют детекторы гравитационных волн?

Под альтернативными теориями гравитации я подразумеваю различные обобщения ОТО (неметрические теории, теорию Хорндески, ту же инфляционную модель). Может быть лучше их называть модифицированными теориями. ОТО в изначальном виде ведь никак не может объяснить расширение с ускорением и первоначальные этапы развития Вселенной, например. Как они согласуются с наблюдениями? Насколько я понимаю, в предельных случаях многие из таких теорий переходят в "классическую" ОТО. Поэтому их проверка, по идее, должна происходить в условиях, в которых находилась Вселенная в первые секунды своего существования. Но пока что никаких хороших тестов не придумано. В качестве примера я привел инфляционную модель - все ждут реликтовых гравитационных волн, но чувствительности имеющихся детекторов не хватает. Либо все не так, как мы думаем.

-- 25.07.2023, 14:48 --

Я в данной теме скорее интересуюсь, куда движется теоретическая мысль в рамках современной гравитации (квантовая гравитация не в счет).

[epros]

ivantozavrus в сообщении #1602411 писал(а):

ОТО в изначальном виде ведь никак не может объяснить расширение с ускорением и первоначальные этапы развития Вселенной, например.

А кто объясняет расширение с ускорением? Насколько я знаю - никто. Позиция же ОТО такова, что "причиной этого является некая экзотическая форма материи, именуемая тёмной энергией, описание свойств которой - не предмет теории гравитации".

Кстатии, насколько я понимаю, инфляция на первоначальных этапах - это точно так же не предмет теории гравитации.

ivantozavrus в сообщении #1602411 писал(а):

Я в данной теме скорее интересуюсь, куда движется теоретическая мысль в рамках современной гравитации (квантовая гравитация не в счет).

Я не вижу, чтобы теоретическая мысль именно в области гравитации двигалась в сторону альтернатив ОТО. Тем более, что Вы проблему квантования решили не рассматривать. Приведите хоть один пример того, где бы ОТО оказалась неудовлетворительной именно как теория гравитации, причём настолько, чтобы пришлось всерьёз рассматривать альтернативы типа неметрических теорий. Я таковых не знаю. А Ваши примеры - не про теорию гравитации, ибо всё же неправомерно требовать от теории гравитации, чтобы она описала свойства любой материи.

[schekn]

epros в сообщении #1602511 писал(а):

Приведите хоть один пример того, где бы ОТО оказалась неудовлетворительной именно как теория гравитации, причём настолько, чтобы пришлось всерьёз рассматривать альтернативы типа неметрических теорий.

Инфляционный взрыв, Тёмная материя, эффект Хокинга, Сингулярность.
Если первые три вы назовёте не имеющее отношение к ОТО, то сингулярности вылезают практически везде, во многих частных решениях.

[epros]

Если первые два я назову не относящемся к какой-либо теории гравитации вообще, а третье назову предметом будущей квантовой теории, то четвертое вообще не является примером неудовлетворительности теории. Сингулярности в тех местах, в которых мы сами по условию задачи закладываем бесконечности, это нормально и свидетельствует всего лишь о наличии у теории разумных границ применимости.

[ivantozavrus]

epros в сообщении #1602511 писал(а):

А Ваши примеры - не про теорию гравитации, ибо всё же неправомерно требовать от теории гравитации, чтобы она описала свойства любой материи.

Я вроде бы не приводил никаких примеров про "теорию всего". А только про космологию. Люди же пытаются понять геометрию пространства-времени, характер расширения и пр. в начальные моменты существования Вселенной. Просто, насколько я понимаю, сама по себе ОТО - это завершенная теория. Ее просто можно применять для каких-то более конкретных целей (например, в навигации). Но космология, по идее, на месте не стоит и пытается залезть в другие космологические эпохи. А там немодифицированной ОТО уже не воспользуешься. Это как я понял.

-- 27.07.2023, 16:41 --

Кстати, есть ведь попытки объяснить расширение Вселенной без привлечения темной энергии. Тоже посредством модификаций ОТО. Но, видимо, пока что не очень успешно.

[epros]

ivantozavrus в сообщении #1602799 писал(а):

Я вроде бы не приводил никаких примеров про "теорию всего". А только про космологию.

Дык, теория гравитации - отнюдь не вся космология. Свойства негравитационной материи для космологии тоже что-то значат.

ivantozavrus в сообщении #1602799 писал(а):

Просто, насколько я понимаю, сама по себе ОТО - это завершенная теория. Ее просто можно применять для каких-то более конкретных целей (например, в навигации).

Для тех, кто рассматривает её как есть, завершённая. А для тех, кто, например, пытается её проквантовать, незавершённая.

ivantozavrus в сообщении #1602799 писал(а):

Но космология, по идее, на месте не стоит и пытается залезть в другие космологические эпохи. А там немодифицированной ОТО уже не воспользуешься. Это как я понял.

-- 27.07.2023, 16:41 --

Кстати, есть ведь попытки объяснить расширение Вселенной без привлечения темной энергии. Тоже посредством модификаций ОТО. Но, видимо, пока что не очень успешно.

Вопрос-то, как я понял, был в том, куда движется мысль в области развития теории неквантовой гравитации. И я задаю встречный вопрос: С чего бы ей двигаться куда-то в сторону альтернатив к ОТО, если пока что все новые экспериментальные свидетельства в очередной раз подтверждают ОТО и иногда закрывают какие-то её альтернативы?

Это не мешает, конечно, "фоновому" существованию альтернатив, таких как MOND или теория Бранса-Дикке. Только было бы странно, если бы все теоретики вдруг ни с того ни с сего выбросили прекрасно работающую ОТО и начали бурно развивать какую-то альтернативу.

[Dmitriy40]

Интересным было бы наблюдение или гарантированное ненаблюдение конечной фазы испарения чёрной дыры — многие теории кардинально по разному описывают этот процесс (вплоть до его отсутствия, как и вообще сингулярности в чёрной дыре). Во всяком случае это вроде единственная более-менее реальная возможность отделить мух от котлет отличить разные теории. К сожалению текущие обзоры неба недостаточно чувствительны чтобы гарантировать ненаблюдение таких событий, но скоро введут новые обзорные инструменты, вот тогда может быть оценки сверху улучшаться настолько что прикроют какие-нибудь варианты теорий ...

Кстати, я не вполне понимаю почему ОТО не описывает инфляцию: по моему вполне описывает, вся разница в очень специфичном поведении материи (или вакуума), но ведь уравнение состояния материи (вакуума) и не входит в ОТО, оно выдаётся другими теориями. Так что пример инфляции не есть проблема ОТО, это проблема скорее другой теории (вероятно КТП).

[мат-ламер]

ivantozavrus в сообщении #1602277 писал(а):

Мне нужно писать бакалаврскую дипломную работу. Мой научрук занимается теориями гравитации и космологией.

Есть такой вариант. Пойти в библиотеку (хотя сейчас можно многое и скачать) и почитать статьи вашего научрука. Может появятся некие (возможно бредовые - нестрашно) идеи. Потом сходить с этими идеями к своему научруку. Посмотрите начало беседы Арнольда с Капицей.

[Ende]

Оффтоп отделен в тему «Еще раз про темную материю»

[ivantozavrus]

мат-ламер в сообщении #1603009 писал(а):

Есть такой вариант. Пойти в библиотеку (хотя сейчас можно многое и скачать) и почитать статьи вашего научрука. Может появятся некие (возможно бредовые - нестрашно) идеи. Потом сходить с этими идеями к своему научруку.

Научрук как раз занимается скалярными, скалярно-тензорными и др. теориями, которые имеют отношение к инфляции. Почему я эту тематику изначально и упомянул.