метод

корреляционная функция

Статистический инструмент, измеряющий кластеризацию материи путём сравнения вероятности нахождения пар на заданных расстояниях.
7 статей · 5 формул

Описание

Корреляционная функция — это статистическая мера, используемая в космологии и астрофизике для количественной оценки того, как материя сгруппирована во Вселенной. Она сравнивает вероятность найти два объекта (например, галактики) на заданном расстоянии друг от друга с тем, что ожидалось бы при случайном распределении материи. Положительное значение означает, что объекты с большей вероятностью находятся рядом друг с другом, чем можно было бы ожидать по случайности, что указывает на кластеризацию; отрицательное значение означает, что они менее склонны находиться рядом, что указывает на избегание.

История

Двухточечная корреляционная функция была введена в космологию в 1970-х годах, в частности Джеймсом Пиблсом и его коллегами, которые использовали её для анализа каталогов галактик.

Как это работает

Для её вычисления берут каталог объектов и подсчитывают количество пар на каждом расстоянии разделения. Затем это число делят на количество пар, ожидаемых при случайном распределении с той же плотностью. Результат часто выражается как функция расстояния, показывающая, как сила кластеризации меняется с масштабом. На больших масштабах корреляционная функция следует степенному закону, отражая иерархическую структуру Вселенной.

Где применяется

Она используется для измерения распределения галактик и тёмной материи, помогая ограничивать космологические параметры, такие как плотность материи и природа тёмной энергии.

Любопытный факт

Корреляционная функция реликтового излучения была ключевым доказательством существования тёмной материи.

Граф понятий →

Формулы

$$K = C_{ab} + C_{a'b} + C_{ab'} - C_{a'b'} \leq 2$$
Проверяет макрореализм в сравнении с квантовой механикой.
Что в формуле
KпеременнаяКомбинация корреляционных функций Леггетта — Гарга
C_{ab}переменнаяКорреляционная функция между измерениями в моменты времени a и b — корреляционная функция
C_{a'b}переменнаяКорреляционная функция между измерениями в моменты времени a' и b — корреляционная функция
C_{ab'}переменнаяКорреляционная функция между измерениями в моменты времени a и b' — корреляционная функция
C_{a'b'}переменнаяКорреляционная функция между измерениями в моменты времени a' и b' — корреляционная функция
$$b = \sqrt{\frac{\xi_{\rm gal}}{\xi_{\rm DM}}}$$
Смещение показывает, насколько сильно галактики кластеризованы относительно тёмной материи.
Что в формуле
bпеременнаяпараметр смещения — bias parameter
ξ_galпеременнаядвухточечная корреляционная функция галактик — корреляционная функция
ξ_DMпеременнаядвухточечная корреляционная функция тёмной материи — корреляционная функция
√операторизвлекает квадратный корень из отношения — квадратный корень
$$C(t) = \frac{\langle A(t) A(0) \rangle}{\langle A(0)^2 \rangle}$$
Показывает, как состояние системы коррелирует с её начальным состоянием с течением времени.
Что в формуле
C(t)переменнаяНормированная автокорреляционная функция наблюдаемой A — корреляционная функция
A(t)переменнаяЗначение наблюдаемой A в момент времени t — наблюдаемая величина varies
A(0)переменнаяЗначение наблюдаемой A в начальный момент времени — наблюдаемая величина varies
⟨...⟩операторУсредняет произведение по статистическому ансамблю начальных условий — ансамблевое среднее
$$C(\omega,\omega') = \int dk \, H(k;\omega) H^*(k;\omega') P(k)$$
Корреляция флуктуаций связана со спектром мощности.
Что в формуле
C(\omega,\omega')переменнаяКорреляционная функция флуктуаций на двух частотах — корреляционная функция
H(k;\omega)переменнаяПередаточная функция или ядро отклика при волновом векторе k и частоте omega — transfer function
H^*(k;\omega')переменнаяКомплексно сопряженная передаточная функция на частоте omega' — transfer function
P(k)переменнаяСпектр мощности underlying флуктуаций — спектр мощности
\int dkоператорИнтегрирование по всем волновым векторам — интегральный оператор
$$F(\theta_1, \theta_2, C_{QE}, \phi) = F_0 (1 - C_{QE} A(\theta_1) A(\theta_2) \cos(2\phi))$$
Корреляционная функция зависит от степени запутанности и углов рассеяния.
Что в формуле
FпеременнаяКорреляционная функция — корреляционная функция
F_0переменнаяНормировочная константа — корреляционная функция
C_QEпеременнаяСтепень квантовой запутанности — entanglement degree
A(\theta_1)переменнаяУгловой модуляционный фактор при угле θ₁ — modulation factor
A(\theta_2)переменнаяУгловой модуляционный фактор при угле θ₂ — modulation factor
\theta_1переменнаяУгол рассеяния первой частицы — угол рад
\theta_2переменнаяУгол рассеяния второй частицы — угол рад
\phiпеременнаяАзимутальный угол — угол рад
\cosоператорТригонометрическая функция косинуса — косинус

Статьи по теме · 7

Оркестр без дирижёра: как услышать ритм в неровных наблюдениях
Оркестр играет без дирижёра. Каждый инструмент вступает по своему расписанию: скрипка в понедельник, флейта в среду, литавры в субботу. Астрономы слышат не музыку, а отдельные ноты, разбросанные по календарю. Телескоп видит звезду только когда она над горизонтом и когда расписание выделило ей время. Получается неровная временная сетка, на которой классические методы корреляции спотыкаются.
Космология2026-08-051 минarXiv:2608.04694экспресс
Космическая паутина: фрактальная геометрия крупномасштабной структуры Вселенной
Ночное небо кажется случайной россыпью звёзд. Но если разглядеть его на огромных расстояниях, хаос исчезает. Галактики собираются в длинные нити и плоские стены, а между ними зияют исполинские пустоты — космические войды. Эту конструкцию называют космической паутиной. Чтобы описать такую сложную систему, недостаточно просто посмотреть на картинку.
Нулевая изотерма Вселенной: как геометрический компас обходит главную проблему космологии
Синоптик проводит жирную чёрную линию через всю Европу: к северу мороз, к югу оттепель. Эта граница — нулевая изотерма — не сообщит, какая температура в Стокгольме или Риме, но предельно честно скажет, где заканчивается зима. В космологии последних лет появилась карта, на которой можно провести аналогичный рубеж.
Космология2026-05-222 минarXiv:2605.23367экспресс
Как взвесить Вселенную с помощью цветных пометок
Перепись, где записывают только расстояние между домами, многое упускает. Можно узнать, где города, а где деревни, — но не отличить небоскрёб от частного сектора. Примерно так астрономы изучают Вселенную с помощью обычной двухточечной корреляционной функции: считают, сколько пар галактик разделены определённым расстоянием.
Космический мираж радиоволн
Галактика похожа на светящийся блин, усеянный звёздами. Если смотреть на неё плашмя, видно всё сразу — и яркие рукава, и тёмные прослойки пыли. Но стоит наклонить блин, и картина меняется: слои накладываются, свет смешивается. Именно этот эффект, как выяснилось, создаёт иллюзию тесной связи между радио- и гамма-излучением в далёких звёздных системах.
Космология2026-02-172 минarXiv:2602.15448экспресс
Космос без усреднений: как неоднородность меняет Вселенную
В одной палате больницы +40°C, в другой +10°C, а в среднем получается +25°C. Если бы температура влияла на что-то нелинейно — скажем, на скорость размножения бактерий, — среднее значение дало бы неверный прогноз. Такая же проблема возникает, когда космологи описывают Вселенную, где галактики сбиты в скопления, а между ними зияют пустоты.
Галактики2026-01-281 минarXiv:2601.20928экспресс
Как измерить расстояние между звёздными яслями
В тёмных облаках межзвёздного газа, где рождаются звёзды, вещество собирается в плотные узлы — будущие колыбели светил. Астрономы измеряют расстояния между этими узлами по фотографиям неба, но фотография плоская, а облако объёмное. Пересчёт с плоскости в объём — задача не такая простая, как кажется.