Гравитационная аномалия

Гравитационные аномалии земли (по данным NASA GRACE — Gravity Recovery And Climate Change.)

«Грави́тационная анома́лия» («ГА») — общий термин, который применяется в случаях, когда наблюдаются необычные показатели гравитационного поля или гравитационные характеристики объекта. Термин используется также в случаях, когда математическая модель гравитационной теории противоречит другой теории или физической природе гравитационного взаимодействия^[1].

Космология

В космологии необычные скопления массы вещества, которые проявляют себя в виде гравитационных линз и аномального распределения скоростей объектов в их окрестности. В таких случаях, как в случае «Великого аттрактора», наблюдаются оба эти явления. Также, обычно термин ГА используется в связи со скоплениями тёмного вещества или скрытой массы Вселенной^[2].

Геофизика

В применении к формам и гравитационным свойствам небесных тел, гравитационные аномалии обычно выражаются в виде изменения ускорения свободного падения в их окрестности, что может свидетельствовать о наличии полезных ископаемых с бо́льшим значением плотности или, наоборот, о наличии больших пустот в породах. Одним из проявлений аномалии является изменение скорости хода маятниковых часов. В случаях, ассоциированных с залежами руды, часто наблюдаются также геомагнитные аномалии, которые связывают с различными явлениями в атмосфере Земли и в ионосфере. В отличие от таких массивных небесных тел, как Земля, более легкие небесные тела обладают бо́льшими относительными значениями гравитационных аномалий, что не позволяет описывать их гравитационный потенциал гармоническими функциями. В случае Земли гравитационный потенциал поверхности, или геоид, описывается именно на основании математических теорий с использованием гармонических функций^[3]. Гравитационные аномалии Луны имеют cобственное название — масконы.

С началом эры космических полётов изучение геопотенциала Земли осуществляется в основном с помощью изучения изменения положения искусственных спутников Земли, которые оборудованы акселерометрами. Предполагается, что появление гравитационных аномалий можно также связать с возникновением опасности землетрясений и извержений вулканов (см. GOCE)^[4].

Теоретическая физика

Аномалии в четырёхмерном пространстве-времени в виде диаграммы Фейнмана.

Кроме гравитационных аномалий в квантовой теории поля, к потенциально возможным явлениям следует также отнести антигравитационные свойства антивещества, которые по состоянию на 2009 год не подтверждены и остаются гипотетическими^[5].

Квантовая физика

В теоретической физике термин гравитационная аномалия является примером измерительной аномалии в квантовой механике в виде диаграммы Фейнмана с одной петлёй, которая выражает симметрию измерений в квантовой теории поля и определяет ковариантность теории с общей теорией относительности. Прилагательное «Гравитационная» получается из симметрии гравитационной теории, а именно из принципа эквивалентности различных взаимодействий в физике. Также применяется термин «Диффеоморфной аномалии».

Общая ковариантность является основой общей теории относительности или современной теории гравитации. Более того, необходимость принципа общей ковариантности вытекает из необходимости приведения в соответствие квантовой теории гравитации — для исключения невозможных (нефизических) степеней свободы с отрицательной нормой, а именно с поляризацией гравитонов вдоль размерности времени. Аномалия обычно проявляется в виде диаграммы Фейнмана с хиральным фермионом, который перемещается по петле с N внешних гравитонов, присоединённых к петле диаграммы, где $N=1+D/2$ и $D$ — размерность пространства-времени. Аномалии проявляются только при чётных размерностях пространства. Однако, аномалии могут также возникнуть в пространстве нечётной размерности на многообразиях, которые включают в себя границу множества^[6].

См. также

• Гравитационная неустойчивость

Космология: Геофизика: Планетология:

Скрытая масса Курская магнитная аномалия Маскон

Примечания

1. ↑ В отличие от английского, в русском языке не существует различных терминов для гравитационной аномалии в квантовой физике (англ. Gravitational anomaly) и для аномалии гравитации в астрономии и геофизике (англ. Gravity anomaly).
2. ↑ Рябов В. А., Царёв В. А., Цховребов А. М. Поиски частиц тёмной материи. УФН 178 (2008) с.1129.
3. ↑ В.Л.Пантелеев. "Теория фигуры Земли" (курс лекций)
4. ↑ GOCE — домашняя страница проекта на сайте ЕКА
5. ↑ Много холодного антиводорода в ЦЕРНе — научно-популярная статья из журнала Scientific.ru.
6. ↑ Alvarez-Gaume, Luis; Edward Witten (1984). «Gravitational Anomalies». Nucl. Phys. B 234: 269. DOI:10.1016/0550-3213(84)90066-X.