On the properties of stationary configurations of a rotating self-gravitating ideal fluid with a vortex gravitational field

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background and Objectives: Within the framework of Einstein’s general-relativistic theory of gravity, that is, the general theory of relativity (GR), the properties of stationary distributions of a self-gravitating rotating continuous medium in the form of an ideal liquid with a barotropic equation of state p = wε are considered. Here, w = const, p is the pressure, and ε is the energy density of an ideal liquid. Materials and Methods: A stationary space-time compatible with a self-gravitating rotating continuous medium is described by a stationary cylindrical metric ds2 = A(x)dx2 + B(x)dφ2 + C(x)dz2 + 2E(x)dtdφ – D(x)dt2 , 0 ≤ φ ≤ 2π, where the metric coefficients A, B, C, D, E are functions of the radial coordinate x. This metric corresponds to a rotating space-time in which there is a vortex gravitational field. The latter is determined by means of the angular velocity ω of the field of tetrads ei(a) (xk), which are tangent to the considered Riemannian space. Here, the indices i, k are the world indices corresponding to the coordinates of the Riemannian space (base), and the index (a) is a local Lorentz index. For a vortex gravitational field, in contrast to a total gravitational field, it is possible to determine an energy-momentum tensor Tik(ω) satisfying the local conservation law ∇iTik(ω) = 0 relative to the metric of the corresponding static space in which ω = 0 (in the case under consideration, at a coefficient of E = 0). The tensor Tik(ω) has very exotic properties. For example, a weak energy condition is violated in it, since a p(ω) + ε(ω) < 0. For ordinary matter p + ε > 0. This property Tik(ω) contributes to the formation of wormholes in space-time. To study the properties of the considered configuration of a self-gravitating rotating ideal fluid and a vortex gravitational field, the corresponding Einstein gravitational equations are solved. Results: Solutions of Einstein’s gravitational equations in stationary space-time have been obtained with the metric presented above, that is, with a vortex gravitational field and with wormholes in the presence of a self-gravitating rotating ideal fluid with a limiting equation of state p = ε. At the same time, the obtained solutions describe the geometry of space-time of the so-called traversable wormholes, inside which gravitational forces Fg have a finite magnitude. A solution with a passable wormhole, in which Fg = 0,that is, without gravitational force, has also been obtained. In addition, solutions of Einstein’s vacuum equations Rik = 0 in space-time with the metric presented above have been obtained, that is, in the absence of a rotating continuous medium in the presence of only vortex gravitational field. The resulting solution describes the geometry of the wormhole space-time. Conclusion: Since the above-mentioned solution of gravitational equations with a wormhole is a solution to vacuum equations, that is, for empty space without matter, it is possible to suggest the presence of wormholes in outer space that exist a priori and also exist near the Earth.

作者简介

Vladimir Krechet

Moscow State University of Technology "STANKIN"

ORCID iD: 0009-0006-3608-5116
SPIN 代码: 9689-3298
Москва, Вадковский пер., д.3а

Vadim Oshurko

Moscow State University of Technology "STANKIN"

ORCID iD: 0000-0001-8566-6407
SPIN 代码: 8344-8772
Scopus 作者 ID: 8426918600
Москва, Вадковский пер., д.3а

Alexey Kisser

Moscow State University of Technology "STANKIN"

ORCID iD: 0009-0009-1489-976X
SPIN 代码: 3126-4947
Москва, Вадковский пер., д.3а

参考

  1. Blanco-Pillado J. J., Cui Y., Kuroyanagi S., Lewicki M., Nardini G., Pieroni M., Rybak I., Lara Sousa L., Wachter J. M. Gravitational waves from cosmic strings in LISA: Reconstruction pipeline and physics interpretation. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2025, vol. 2025, iss. 05, art. 006. https://doi.org/10.1088/1475-7516/2025/05/006
  2. Blasi S., Calibbi L., Mariotti A., Turbang K. Gravitational waves from cosmic strings in Froggatt-Nielsen flavour models. J. High Energy Phys., 2025, vol. 2025, iss. 5, art. 19. https://doi.org/10.1007/JHEP05(2025)019
  3. Öner B. B., Yeєiltaє Ö. Quantum particle creation by cosmic strings in de Sitter spacetime. Class. Quant. Grav., 2025, vol. 42, iss. 9, art. 095001. https://doi.org/10.1088/1361-6382/adcb12
  4. Algaba J. C., Balokoviж M., Chandra S., Cheong W.-Y., Cui Y.-Z., D’Ammando F., Falcone A. D., Ford N. M., Giroletti M., Goddi C., Gurwell M. A., Hada K., Haggard D., Jorstad S., Kaur A., Kawashima T., Kerby S., Kim J.-Y., Kino M., Kravchenko E. V. [et al.]. Broadband multi-wavelength properties of M87 during the 2018 EHT campaign including a very high energy flaring episode. Astron. Astrophys., 2024, vol. 692, art. A140. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202450497
  5. Kiehlmann S., de la Parra P. V., Sullivan A. G., Synani A., Liodakis I., Readhead A. C. S., Graham M. J., Begelman M. C., Blandford R. D., Chatziioannou K., Ding Y., Harrison F., Homan D. C., Hovatta T., Kulkarni S. R., Lister M. L., Maiolino R., Max-Moerbeck W., Molina B., Mróz P. [et al.]. PKS 2131–021 – Discovery of strong coherent sinusoidal variations from radio to optical frequencies: Compelling evidence for a blazar supermassive black hole binary. Astrophys. J., 2025, vol. 985, iss. 1, art. 59. https://doi.org/10.3847/1538-4357/adc567
  6. Seo J., Ryu D., Kang H. Energy Spectrum and Mass Composition of Ultra-high-energy Cosmic Rays Originating from Relativistic Jets of Nearby Radio Galaxies. Astrophys. J., 2025, vol. 988, iss. 2, art. 194. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ade678
  7. Birch P. Is the Universe rotating? Nature, 1982, vol. 298, iss. 5873, pp. 451–454. https://doi.org/10.1038/298451a0
  8. Monteiro S. W. Jr., Tomimura N. A. Existence and causality of cylindrically symmetric cosmological models with rotating spin fluids. Class. Quant. Grav., 1991, vol. 8, iss. 5, pp. 977–984. https://doi.org/10.1088/0264-9381/8/5/021
  9. Mishra B., Vadrevu S. Cylindrically symmetric cosmological model of the universe in modified gravity. Astrophys. Sp. Sci., 2017, vol. 362, iss. 2, art. 26. https://doi.org/10.1007/s10509-017-3006-2
  10. Panov V. F., Pavelkin V. N., Kuvshinova E. V., Sandakova O. V. Kosmologiya s vrashcheniem [Cosmology with rotation]. Perm, Perm State University Publ., 2016. 224 p. (in Russian).
  11. Krechet V. G., Oshurko V. B., Kisser A. E. Stationary Rotating Cosmological Model Without Violation of the Causal Structure. Russ. Phys. J., 2022, vol. 65, iss. 6, pp. 937–943. https://doi.org/10.1007/s11182-022-02716-z
  12. Su S.-C., Chu M-C. Is the Universe Rotating? Astrophys. J., 2009, vol. 703, iss. 1, pp. 354–361. https://doi.org/10.1088/0004-637X/703/1/354
  13. Godіowski W. Global and Local Effects of Rotation: Observational Aspects. Int. J. Mod. Phys. D, 2011, vol. 20, iss. 09, pp. 1643–1673. https://doi.org/10.1142/S0218271811019475
  14. Korotky V. A., Masár E., Obukhov Y. N. In the quest for cosmic rotation. Universe, 2020, vol. 6, iss. 1, art. 14. https://doi.org/10.3390/universe6010014
  15. Morris M. S., Thorne K. S., Yurtsever U. Wormholes, time machines and the weak energy condition. Phys. Rev. Lett., 1988, vol. 61, iss. 13, pp. 1446–1449. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.61.1446
  16. Morris M. S., Thorne K. S. Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity. Amer. J. Phys., 1988, vol. 56, iss. 5, pp. 395–412. https://doi.org/10.1119/1.15620
  17. Krechet V. G. Topological and physical effects of rotation and spin in the general relativistic theory of gravitation. Russ. Phys. J., 2007, vol. 50, iss. 10, pp. 1021–1025. https://doi.org/10.1007/s11182-007-0147-8
  18. Krechet V. G., Sadovnikov D. V. Spin-spin interaction in general relativity and induced geometries with nontrivial topology. Grav. Cosmol., 2009, vol. 15, iss. 4, pp. 337–340. https://doi.org/10.1134/S0202289309040082
  19. Novikov I. D., Shatskiy A. A. Stability analysis of a Morris-Thorne-Bronnikov-Ellis wormhole with pressure. J. Exp. Theor. Phys., 2012, vol. 114, iss. 5, pp. 801–804. https://doi.org/10.1134/S1063776112040127
  20. Bronnikov K. A., Krechet V. G., Lemos J. P. S. Rotating cylindrical wormholes. Phys. Rev. D, 2013, vol. 87, iss. 8, art. 084060. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.87.084060
  21. Bronnikov K. A., Krechet V. G. Potentially observable cylindrical wormholes without exotic matter in general relativity. Phys. Rev. D, 2019, vol. 99, iss. 8, art. 084051. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.99.084051
  22. Bronnikov K. A., Sushkov S. V. Current Problems and Recent Advances in Wormhole Physics. Universe, 2023, vol. 9, iss. 2, art. 81. https://doi.org/10.3390/universe9020081
  23. Bronnikov K. A., Kashargin P. E., Sushkov S. V. Possible Wormholes in a Friedmann Universe. Universe, 2023, vol. 9, iss. 11, art. 465. https://doi.org/10.3390/universe9110465
  24. Bolokhov S. V., Skvortsova M. Correspondence between quasinormal modes and grey-body factors of spherically symmetric traversable wormholes. J. Cosmol. Astropart. Phys., 2025, vol. 2025, iss. 04, art. 025. https://doi.org/10.1088/1475-7516/2025/04/025
  25. Bolokhov S. V., Konoplya R. A. Circumventing quantum gravity: Black holes evaporating into macroscopic wormholes. Phys. Rev. D, 2025, vol. 111, iss. 6, art. 064007. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.111.064007
  26. Hoenselaers C., Vishveshwara C. V. A relativistically rotating fluid cylinder. Gen. Rel. Grav., 1979, vol. 10, iss. 1, pp. 43–51. https://doi.org/10.1007/BF00757022
  27. Santos N. O., Mondaini R. P. Rigidly rotating relativistic generalized dust cylinder. Il Nuovo Cimento B, 1982, vol. 72, iss. 1, pp. 13–20. https://doi.org/10.1007/BF02894930
  28. Davidson W. Barotropic perfect fluid in steady cylindrically symmetric rotation. Class. Quant. Grav., 1997, vol. 14, iss. 1, pp. 119–127. https://doi.org/10.1088/0264-9381/14/1/013
  29. Ivanov B. V. On rigidly rotating perfect fluid cylinders. Class. Quant. Grav., 2002, vol. 19, iss. 14, pp. 3851–861. https://doi.org/10.1088/0264-9381/19/14/323
  30. Ivanov B. V. Rigidly rotating cylinders of charged dust. Class. Quant. Grav., 2002, vol. 19, iss. 20, pp. 5131–5139. https://doi.org/10.1088/0264-9381/19/20/307
  31. Bonnor W. B., Steadman B. R. A vacuum exterior to Maitra’s cylindrical dust solution. Gen. Rel. Grav., 2009, vol. 41, iss. 6, pp. 1381–1387. https://doi.org/10.1007/s10714-008-0725-2
  32. Bolokhov S. V., Bronnikov K. A., Skvortsova M. V. Rotating Cylinders with Anisotropic Fluids in General Relativity. Grav. Cosmol., 2019, vol. 25, iss. 2, pp. 122–130. https://doi.org/10.1134/S020228931902004X
  33. Krechet V. G., Oshurko V. B., Baidin A. E. On the Properties of Stationary Distributions of Gravitational Vortex Fields and Continuous Media. Russ. Phys. J., 2020, vol. 63, iss. 6, pp. 1045–1054. https://doi.org/10.1007/s11182-020-02135-y
  34. Krechet V. G., Oshurko V. B., Baidin A. E. Gravitational and Electromagnetic Effects in the Configuration of a Rotating Electrically Charged Ideal Liquid. Russ. Phys. J., 2022, vol. 65, iss. 3, pp. 410–422. https://doi.org/10.1007/s11182-022-02649-7
  35. Krechet V. G., Oshurko V. B., Sinil’shchikova I. V. On the possible existence of wormholes without gravitational forces. Russ. Phys. J., 2016, vol. 59, iss. 1, pp. 32–40. https://doi.org/10.1007/s11182-016-0735-6
  36. Luminet J.-P. Closed Timelike Curves, Singularities and Causality: A Survey from Gödel to chronological protection. Universe, 2021, vol. 7, iss. 1, art. 12. https://doi.org/10.3390/universe7010012
  37. Nguyen H. K., Lobo F. S. N. Closed Timelike Curves Induced by a Buchdahl-Inspired Vacuum Spacetime in R2 Gravity. Universe, 2023, vol. 9, iss. 11, art. 467. https://doi.org/10.3390/universe9110467
  38. Ahmed F., de Souza J. C. R., Santos A. F. Vacuum spacetime with closed time-like curves in the context of Ricci-inverse gravity. Mod. Phys. Lett. A, 2025, vol. 40, iss. 4, art. 2450221. https://doi.org/10.1142/S0217732324502213
  39. Landau L. D., Lifshitz E. M. Course of Theoretical Physics: in 10 vols. Vol. 2. The Classical Theory of Fields: 4th edition. Amsterdam, Boston, Heidelberg, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapore, Sydney, Tokyo, Butterworth-Heinemann, 1980. 444 p.
  40. CERN Press Release: New State of Matter created at CERN, Feb. 10, 2000. Available at: https://home.cern/news/press-release/cern/new-state-matter-created-cern (accessed September 21, 2025)
  41. Tannenbaum M. J. Recent results in relativistic heavy ion collisions: From a new state of matter to the perfect fluid. Rep. Prog. Phys., 2006, vol. 69, iss. 7, pp. 2005–2059. https://doi.org/10.1088/0034-4885/69/7/R01
  42. Heinz U. Quark-gluon soup – The perfectly liquid phase of QCD. Int. J. Mod. Phys. A, 2015, vol. 30, iss. 2, art. 1530011. https://doi.org/10.1142/S0217751X15300112

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».