Luận án Mô hình véctơ cho trường hấp dẫn

Nội dung tài liệu: Luận án Mô hình véctơ cho trường hấp dẫn

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÕ VĂN ỚN MỘT MÔ HÌNH VÉCTƠ CHO TRƯỜNG HẤP DẪN Chuyên ngành : VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ TOÁN Mã số : 1.02.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2009
2. i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÕ VĂN ỚN MỘT MƠ HÌNH VÉCTƠ CHO TRƯỜNG HẤP DẪN Chuyên ngành: VẬT LÝ LÝ THUYẾT & VẬT LÝ TOÁN Mã số: 1.02.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học GSTS. NGUYỄN NGỌC GIAO THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2009
3. ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan đây là cơng trình của riêng tơi. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
4. iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy tơi, Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Giao, người đã dạy tơi từ những năm đại học, rồi những năm cao học. Nếu thiếu sự dạy dỗ và hướng dẫn tận tâm của Thầy, chắc chắn tơi khơng thể hồn thành luận án này. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy Nguyễn Quốc Khánh, người cũng đã dạy dỗ tơi từ những năm học đại học, những năm học cao học và cũng đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tơi trong suốt thời gian học nghiên cứu sinh và làm luận án. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy Nguyễn Nhật Khanh, người cũng đã dạy dỗ tơi từ những năm học đại học, những năm học cao học. Thầy cũng đĩng gĩp nhiều ý kiến quý báu cho tơi trong quá trình làm luận án. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy Hồng Dũng, người cũng đã dạy tơi từ những năm học đại học, những năm học cao học. người đã giúp đỡ tơi thật nhiều trong khi làm luận án. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn thật nhiều đến Thầy Hồng Ngọc Long ở Viện Vật Lý và Điện Tử, người đã giúp đỡ tơi thật nhiều trong thời gian làm việc ở Viện, người đã cĩ những phản biện sâu sắc đối với đề tài này trong các buổi sêmina ở viện. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn thật nhiều đến Thầy Đặng Văn Soa ở ĐHSP1 Hà Nội, người đã giúp đỡ tơi thật nhiều trong thời gian làm việc ở viện, người cũng đã cĩ những phản biện sâu sắc đối với đề tài này trong các buổi sêmina ở viện. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn đến PGS.TS Huỳnh Thành Đạt, người đã cho tơi nhiều ý kiến quý báu trong khi học nghiên cứu sinh.
5. iv Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn đến Tiến sĩ Đỗ Hồng Sơn, người đã giúp đỡ tơi nhiều trong khi học nghiên cứu sinh, người cũng đã gĩp cho tơi nhiều ý kiến thật chân tình và quý báu. Tơi cũng xin được cảm ơn đến Tiến sĩ Võ Hồng Văn, người đã giúp đỡ và cĩ những ý kiến quý báu. Tơi cũng xin được cảm ơn đến Tiến sĩ Vũ Quang Tuyên, người đã cĩ những giúp đỡ quý báu cho tơi. Tơi xin được cảm ơn đến Thạc sĩ Nguyễn Thị Huyền Nga, người bạn đồng học cao học, người đã giúp đỡ tơi thật nhiều trong khi học nghiên cứu sinh. * * * Con xin thành kính dâng lên hương hồn Ba Má cơng trình tâm huyết của con. Con xin mãi mãi khắc ghi cơng ơn trời biển của Ba Má, những người đã cả một đời cuốc bẩm, cày sâu nuơi dạy con nên vĩc nên hình. * * * Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn đến các Anh, các Chị của tơi, những người đã cùng với Cha, Mẹ nuơi dạy tơi thành người. * * * Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến vợ tơi, người luơn là chổ dựa đằm thắm, là nguồn động viên lớn lao đàng sau những bước tiến của tơi. * * * Tơi cũng xin được bày tỏ lịng biết ơn đến Ban Giám Hiệu, các bạn hữu trong tổ Vật lý, cơ Thịnh của trường THPT Tân Phước Khánh đã giúp đỡ tơi nhiều trong thời gian học cao học và làm nghiên cứu sinh.
6. v Mục lục Trang TỜ BÌA LUẬN ÁN . i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN .. .iii MỤC LỤC ...v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...ix DANH MỤC CÁC BẢNG . ...ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU .. ..1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3 .1.1 SƠ LƯỢC VỀ TƯƠNG TÁC HẤP DẪN ..3 1.2 SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI TỔNG QUÁT 5 1.2.1 PHƯƠNG TRÌNH EINSTEIN ..5 1.2.2 CÁC HỆ QUẢ SUY RA TỪ PHƯƠNG TRÌNH EINSTEIN 6 1.2.3 PHƯƠNG TRÌNH EINSTEIN VỚI HẰNG SỐ VŨ TRỤ .8 1.2.4 CÁC HẠN CHẾ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI TỔNG QUÁT 9 1.3 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN KHÁC ....11 1.3.1 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN VƠ HƯỚNG ..11 1.3.2 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN VÉCTƠ ..13 1.3.3 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN TENXƠ ..15 1.3.4 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN LƯỠNG MÊTRÍC .16 1.3.5 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN TENXƠ – VƠ HƯỚNG 18 1.3.6 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN TENXƠ- VÉCTƠ ..22 1.3.7 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN GAUGE .22 1.3.8 CÁC LÝ THUYẾT HẤP DẪN VỚI XOẮN 25 1.4 SƠ LƯỢC VỀ SIÊU HẤP DẪN ...28 1.4.1 SƠ LƯỢC VỀ SIÊU ĐỐI XỨNG 28 1.4.2 SƠ LƯỢC VỀ SIÊU HẤP DẪN ..31 1.5 SƠ LƯỢC VỀ THẾ GIỚI MÀNG (BRANE) .. 33 1.5.1 SỰ RA ĐỜI CỦA THẾ GIỚI MÀNG 33 1.5.2 MƠ HÌNH RANDALL- SUNDRUM ..34
7. vi CHƯƠNG 2. MỘT MƠ HÌNH VÉCTƠ CHO TRƯỜNG HẤP DẪN .37 2.1 CÁC VẤN ĐỀ LÊN QUAN ĐẾN KHOIÁ LƯỢNG HẤP DẪN ...37 2.2 MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO TRƯỜNG HẤP DẪN ... 42 2.2.1 CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN .42 2.2.2 VÉCTƠ CẢM ỨNG HẤP DẪN ...43 2.2.3 MẬT ĐỘ DỊNG HẤP DẪN- CƯỜNG ĐỘ DỊNG HẤP DẪN .43 2.2.4 VÉTƠ TỪ HẤP DẪN ...43 2.3 HỆ THỐNG TIÊN ĐỀ ......44 2.4 PHƯƠNG TÌNH TRƯỜNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG PHI TƯƠNG ĐỐI 44 2.4.1 TÍCH CHẬP .45 2.4.2 LAGRANGIAN VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRƯỜNG PHI TƯƠNG ĐỐI 46 2.4.3 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG PHI TƯƠNG ĐỐI ...49 2.5 PHƯƠNG TRÌNH TRƯỜNG-PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG TƯƠNG ĐỐI......52 2.5.1 THẾ 4 CHIỀU- MẬT ĐỘ DỊNG 4 CHIỀU 52 2.5.2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRƯỜNG TƯƠNG ĐỐI TÍNH ...53 2.5.3 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG DẠNG TƯƠNG ĐỐI TÍNH 55 2.6 MỘT TIẾP CẬN TỚI NGUYÊN LÝ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ BẢN CHẤT CỦA CÁC.LỰC QUÁN TÍNH .56 2.6.1 CÁC QUAN ĐIỂM CHÍNH VỀ LỰC QUÁN TÍNH ..56 2.6.2 VÙNG KHƠNG GIAN CHUẨN ĐẲNG THẾ HẤP DẪN .................................57 2.6.3 MỘT TIẾP CẬN TỚI BẢN CHẤT CÁC LỰC QUÁN TÍNH 59 2.6.4 BÀN LUẬN ..65 2.7 MỘT TIẾP CẬN ĐẾN 3 KIỂM TRA KINH ĐIỂN CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI TỔNG QUÁT 66 2.7.1 MỘT TIẾP CẬN TỚI TENXƠ MÊTRÍC CỦA KHƠNG - THỜI GIAN KHI CĨ MẶT TRƯỜNG HẤP DẪN 67 2.7.2 BÀN LUẬN .71 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TRÌNH EINSTEIN CẢI TIẾN TRONG MƠ HÌNH ... HẤP DẪN VÉCTƠ 73 3.1 PHƯƠNG TRÌNH EINSTEIN CẢI TIẾN .. .73 3.1.1 LAGRANGIAN VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH LIÊN HỆ GIỮA TRƯỜNG HẤP DẪN VỚI MÊTRÍC CỦA KHƠNG – THỜI GIAN ..74
8. vii 3.1.2 PHƯƠNG TRÌNH EINSTEIN CẢI TIẾN CHO VẬT ĐỐI XỨNG CẦU ..DỪNG ..76 3.2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRƯỜNG HẤP DẪN TRONG KHƠNG-THỜI GIAN CONG .77 3.3 TENXƠ MÊTRÍC CỦA KHƠNG-THỜI GIAN BÊN NGỒI MỘT VẬT ĐỐI XỨNG CẦU DỪNG 77 3.3.1 TENXƠ MÊTRÍC TỰA SCHWARZSCHILD ..77 3.3.2 BÀN LUẬN .88 3.4 MỘT MƠ HÌNH VŨ TRỤ KHƠNG DỪNG 88 3.4.1 MÊTRÍC TỰA FRIEDMAN – ROBERTSON – WALKER 88 3.4.2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH FRIEDMAN CẢI TIẾN ... .89 3.4.3 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA VŨ TRỤ ..95 CHƯƠNG 4. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VŨ TRỤ HỌC ....102 4.1 MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG VŨ TRỤ ..102 4.1.1 VỀ NĂNG LƯỢNG VŨ TRỤ ... 102 4.1.2 MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG VŨ TRỤ .103 4.1.3 BÀN LUẬN ..105 4.2 MỘT DIỄN TẢ THỐNG NHẤT TỚI VẬT CHẤT TỐI VÀ NĂNG LƯỢNG TỐI ..105 4.2.1 CÁC HƯỚNG CHÍNH TIẾP CẬN ĐẾN VẬT CHẤT TỐI VÀ NĂNG LƯỢNG TỐI ......105 4.2.2 MỘT DIỄN TẢ THỐNG NHẤT TỚI VẬT CHẤT TỐI VÀ NĂNG LƯỢNG TỐI ...108 4.2.3 BÀN LUẬN VÀ SO SÁNH VỚI THỰC NGHIỆM . .117 4.3 TỪ HẤP DẪN .....122 4.3.1 SỰ TỒN TẠI CỦA TRƯỜNG TỪ HẤP DẪN . ....122 4.3.2 TỪ HẤP DẪN TRONG THUYẾT TƯƠNG ĐỐI TỔNG QUÁT .123 4.3.3 VÀI HIỆU ỨNG CỦA TRƯỜNG TỪ HẤP DẪN TRONG MƠ HÌNH NÀY.. 125 4.3.4 VIỆC XÁC NHẬN THỰC NGHIỆM CÁC HIỆU ỨNG TỪ HẤP DẪN .131 PHẦN KẾT LUẬN. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 136 1 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG LUẬN ÁN .. ..136
9. viii 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN BÀN LUẬN THÊM VÀ CÁC KIẾN NGHỊ .137 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 PHỤ LỤC .150 ..PHỤ LỤC I. 150 ..PHỤ LỤC II 152 PHỤ LỤC III ...156 PHỤ LỤC IV ..159
10. ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EEP: Nguyên lý tương đương của Einstein (Einstein Equivalence Principle) SM: Mơ hình chuẩn (Standard Model) SUSY: Siêu đối xứng (supersymmetry) MOND: Động lực học Newton cải tiến (Modified Newton Dynamics) BGT: Lý thuyết hấp dẫn lưỡng mêtríc (Bimetric Gravitation Theory) AdS: Khơng gian phản de Sitter (Anti-de Sitter Space) COBE: Vệ tinh khảo sát bức xạ nền Vũ trụ (Cosmic Background Explorer) MACHOs: Vật chất tối cĩ nguồn gốc baryon như sao nơtrơn, lỗ đen (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) WIMPs: Vật chất tối cĩ nguồn gốc khơng baryon như axion, nơtrino, (Weakly Interacting Massive Particles.). CDM: Mơ hình vật chất tối lạnh cĩ hằng số vũ trụ (- Cold Dark Matter Model) LAGEOS: Vệ tinh địa động lực định vị laser (Laser Geodynamic Satellite) NASA: Cơ quan quản trị hàng khơng và khơng gian quốc gia Hoa Kỳ (National Aeronautics and Space Administration) GP-B: Vệ tinh thăm dị hấp dẫn B (Gravity Probe – B) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: bảng khối lượng các hạt vật chất tối được đề nghị 122