Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
определения космологических параметров см. в МТУ [1], §29). В случае
однородных и изотропных космологических моделей с равной нулю
космологической постоянной для того, чтобы однозначно задать
космологическую модель, достаточно двух из вышеуказанных параметров,
скажем Я0 и Q0. (Чтобы определить поведение модели в прошлом, в любом
случае необходимо знать уравнение состояния вещества или, что
эквивалентно, плотность излучения.) Однако в случае теорий, нарушающих
Сильн. ПЭ, влияние глобальной структуры на локальную гравитационную
физику приводит к появлению новых параметров, которые необходимо
определять, например это отношение измеряемой гравитационной постоянной G
к «чистой» (затравочной) константе взаимодействия G*, которую дает
теория; это темп изменения или значения некоторых или всех ППН-
параметров. Например, в скалярно-тензорных теориях, чтобы однозначно
задать космологическую модель, необходимо знать Я0, й0, Фо, Фо и функцию
со(ф), тогда как в биметрической теории Розена (с плоской фоновой
метрикой) модель однозначно определяется величинами Я0, Йо. (с0)0, (Сх) о
(п. 3.2, б) или Я о, П.. {GIG) о и ППН-параметром (а2)„, где индекс 0
указывает на то, что значения величины берутся в настоящий момент [250].
Когда наблюдаемые значения этих параметров используют в качестве
граничных условий, то может возникать вопрос, согласуются ли
космологические модели в этих теориях с такими наблюдениями, как
существование и изотропия микроволнового фонового излучения,
распространенности гелия и дейтерия,
I. Теория гравитации и эксперимент
76
наблюдаемые значения или ограничения на параметр qu и т. д. В теории
Бранса — Дикки, например, такие модели, которые согласуются с
наблюдениями, построить можно, правда, чем больше значение со (требуемое
экспериментами в Солнечной системе, разд. 3), тем более близки эти модели
по своим свойствам к моделям в общей теории относительности. Однако в
биметрической теории Розена и в теории расслоения Ни космологические
модели, согласующиеся с современными значениями космологических и
локальных параметров, предсказывают в некоторых случаях «отскок» в
прошлом, а не «большой взрыв». Кейвз [250] показал, что такой отскок
возникает при характерных плотностях и температурах более низких, чем это
необходимо для ионизации водорода. Следовательно, в подобных моделях
очень трудно достичь такого сжатия, чтобы возникло наблюдаемое
микроволновое фоновое излучение, и невозможно получить наблюдаемую
распространенность гелия с помощью первичного нуклеосинтеза.
Если Вселенная анизотропна, то теории, нарушающиеСильн. ПЭ, могут
предсказывать анизотропные ППН-параметры [251]. Нордтведт [219, 251],
воспользовавшись измерениями земных приливов и наблюдениями смещения
периастра двойного пульсара, установил пределы на некоторые из таких
анизотропий; эти пределы лежат в интервале от 10-4 до 10"®. Отметим, что
недавние наблюдения микроволнового фона указывают на изотропность
Вселенной, по крайней мере, с точностью 3-10"4 [161].
Сама Вселенная, возможно, станет ареной захватывающего, очень точного
сопоставления гравитационной теории и эксперимента.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Свое обсуждение сопоставления гравитационной теории с экспериментом мы
начали вблизи от нашего дома, в лаборатории, в которой проверялись основы
гравитационной теории. Но наше поле зрения быстро расширялось, охватывая
Солнечную систему, гравитационное излучение, приходящее из космоса,
двойной пульсар и весь космос. Это расширение поля зрения
экспериментальной гравитации идет параллельно с непрерывным расширением
горизонтов астрономии: по мере прогресса техники методы измерений в
астрономии способны проникать все дальше, становясь при этом все более
точными. Проникая в глубины, мы вновь и вновь обнаруживаем ту
фундаментальную роль, которую играет гравитация в нашей Вселенной, и со
все большей остротой нам необходима правильная теория гравитации. Тот же
самый технический прогресс, благодаря которому ширятся астрономические
горизонты, дает все новые средства для сопоставления гравитационной
теории с экспериментом в совершенно новых областях, все выше становится
уровень точности. Как свидетельствуют статьи в эгом сборнике, общей
76
К? М. Уилл
теории относительности придерживаются большинство теоретиков-
гравитационистов и астрофизиков. Но этого недостаточно. Общую теорию
относительности следует сопоставлять с каждым новым экспериментальным
фактом и, только основываясь на эксперименте, можно судить об ее
истинности или ложности. До сих пор она выдерживала любое такое
сопоставление, но новые сопоставления, в новых областях, уже не за
горами. Выдержит ли общая теория относительности все испытания? Для одних
это вопрос чисто умозрительный, для других это вопрос веры, а некоторые
твердо знают, что выдержит. Но независимо от теоретической позиции ни у
кого не может вызывать сомнений, что гравитация — наиболее давно
известное и во многих смыслах самое фундаментальное из всех
