современные проблемы астрофизики

Введение
Проблемы в астрофизике подразделяются на две основные категории – технические и концептуальные. Примером первого класса является решение задачи N-тела в ньютоновской механике применительно, например, к Солнечной системе. Такие задачи в принципе могут быть решены с помощью новых вычислительных методов. Примером концептуальной проблемы является парадокс Ольберса, в котором очевидные предположения об электромагнитном спектре и космологической плотности источников приводят к конфликту с наблюдением. Эти проблемы часто решаются путем переформулировки исходных посылок. В настоящее время астрофизика, по-видимому, страдает от большого числа проблем обоих типов. Однако следует иметь в виду, что наука в настоящее время – это интеллектуальная отрасль, которая неизбежно ставит больше вопросов, чем в исторические времена, и проблемы дают возможность, при условии разрешения, прорывов в новые области с общим расширением сферы исследований.
В данном реферате будут рассмотрены наиболее актуальные нерешенные проблемы астрофизики. При этом многие проблемы взаимосвязаны, поэтому решение одной или нескольких открывает перспективу широкого продвижения. Через 20 лет большинство из следующих проблем не будут актуальны. Однако, например, парадокс Олберса, вероятно, является самой продолжительной загадкой в астрофизике, но после его формулировки в 1820-х годах он был окончательно решен в 1980-х гг.
Цель данного реферата состоит в том, чтобы проанализировать современные проблемы астрофизики и изложить возможные пути их решения.
 
1. Проблема суперсимметрии и нулевой точки
Одной из проблем современной астрофизики является суперсимметрия и поля нулевой точки. Суперсимметрия включает в себя расширение стандартной модели физики элементарных частиц, в которой каждый бозон с интегральным спином сопоставляется с фермионом с полуцелым спином. Таким образом, частица, которая, как предполагается, опосредует классическую гравитацию (Гравитон), сопоставляется с партнером (гравитино). Такая симметрия естественна, поскольку она объясняет как бозонную, так и фермионную материю. Четыре известных взаимодействия физики могут быть описаны полями, которые, однако, имеют конечные энергии, поскольку эффективная температура стремится к нулю. Эти поля нулевой точки, по расчетам, имеют огромные интенсивности, которые не наблюдаются.
Суперсимметрия автоматически приводит к их отмене. В гравитационном секторе суперсимметрия может привести к разрешению проблемы космологической постоянной. Суперсимметричная гравитация или супергравитация – это расширение общей теории относительности от 4 до 11 измерений. 11 – минимальное число измерений, необходимое для унификации сил в стандартной модели(т. е. для содержания калибровочных групп сильных взаимодействий SU (3) и электрослабых (SU2) X U (1)). 11 - это также максимальное число измерений, совместимых с одним гравитоном (и верхний предел 2 для спина частицы). Эти результаты, главным образом благодаря Виттену и Наму, рассматриваются в статьях Виттена (1981) и Даффа (1996), а также в книгах Уэста (1986) и Грина, Шварца и Виттена (1987). Предыдущие комментарии применимы в контексте Калуцы-Клейна.
В этом случае к пространству-времени добавляются дополнительные измерения, чтобы расширить его физические следствия за пределы 4D специальной теории относительности как теории фотонов и 4D общей теории относительности как теории гравитонов. Это также идея суперсимметричных струн или суперструн. Струны заменяют точечную частицу расширенной структурой, и если наложить суперсимметрию, то можно избежать ситуации zpf. Однако суперструны, естественно, 10D. Это приводит к определенным техническим проблемам. Их можно избежать, хотя наиболее эффективно устранить различие между 11D супергравитацией и 10D суперструнами в пользу более общей концепции М-теории (для «мембраны»). Что касается суперструн, то уникальное свойство 10D состоит в том, что любое решение изогнутой 4D общей теории относительности может быть вложено в плоское 10D многообразие.
Следующая проблема – электромагнитное поле нулевой точки. Она лучше понимается, чем другие типы zpf. 1D гармонический генератор имеет состояния, которые могут быть подняты или опущены в единицах hw, где h-постоянная Планка, деленная на 2π, а ω-частота. С операторами импульса и положения ˆp иqq гамильтониан (энергия) системы ie H = (ˆp 2 + ω 2qˆ 2) /2. Состояния имеют энергию En = (n + 1/2) hw. Таким образом, если кинетическая энергия системы или, как вариант, температура стремится к нулю, остается энергия нулевой точки на моду hw/2. При суммировании по частотам плотность энергии в этом зпф колоссальна. Эта проблема на самом деле является общей для явлений, описываемых волнами в пространстве, которое имеет структуру; и последствия для электромагнетизма и гравитации были изучены рядом людей 7, с. 90.
Противоречие является фундаментальным, особенно для электромагнитного случая: если верить в гармонический осциллятор с n > 0 в качестве основного «механизма» квантовой механики, электромагнитный zpf будет основным вкладчиком в поле межгалактического излучения и кривизну пространства-времени (как вычисляется с использованием общей теории относительности). Ни то, ни другое не наблюдается; и даже если спектр zpf отрезан на частоте, которая позволяет избежать этих проблем, результирующее поле будет конфликтовать с данными о микроволновом фоне 3K. Это большая загадка, поскольку основная физическая теория находится в противоречии с наблюдательной астрофизикой. Есть два очевидных, хотя и общих, выхода: