<< 12. Kosmologiya (prodolzhenie II) | Oglavlenie | 12.2 Inflyacionnaya Vselennaya >>
12.1 Trudnosti klassicheskoi kosmologii
Stroinaya teoriya fridmanovskoi kosmologii (metrika
Robertsona-Uokera, nestacionarnye resheniya uravnenii Einshteina)
model' goryachei Vselennoi (pervichnyi nukleosintez,
ob'yasnenie reliktovogo izlucheniya), podtverzhdennaya
obshirnymi astronomicheskimi nablyudeniyami, dovol'no
bystro stolknulas' s ryadom trudnostei. Korotko govorya,
oni svodyatsya k tomu, chto masshtabnyi faktor Vselennoi 
uvelichivaetsya slishkom medlenno so vremenem (kak 
ili 
v ploskoi modeli),
poetomu v proshlom malym vremenam 
dolzhny sootvetstvovat'
slishkom bol'shie masshtabnye faktory 
. Paradoksy klassicheskoi kosmologii
reshayutsya v modeli inflyacionnoi Vselennoi, v kotoroi predpolagaetsya,
chto na samyh rannih stadiyah evolyucii
masshtabnyi faktor ros eksponencial'no:
const.
12.1.1 Problema gorizonta (problema prichinnosti)
Reliktovoe izluchenie nablyudaetsya izotropno so vseh napravlenii na nebe.
Posle momenta rekombinacii (
,
s)
ono prakticheski ne vzaimodeistvuet s veshestvom v rasshiryayusheisya Vselennoi.
Fizicheskii razmer gorizonta na moment rekombinacii poryadka
, poetomu uchastki neba s uglovymi razmerami
(faktor krasnogo smesheniya poyavilsya iz otnsheniya
masshtabnyh faktorov v moment 
i 
) okazyvayutsya
prichinno-nesvyazannymi mezhdu soboi. Otchego zhe my nablyudaem stol' izotropnoe
raspredelenie veshestva i reliktovogo izlucheniya? Tak kak vo Fridmanovskih
modelyah gorizont rastet
proporcional'no vremeni, proshedshego s momenta nachala rasshireniya,
v budushem, konechno, lyubye oblasti "voidut pod
gorizont".
Pereformulirovat' problemu gorizonta mozhno v terminah entropii Vselennoi.
Sovremennaya entropiya sosredotochena v relyativistskih chasticah
(fotonah, neitrino). Bezrazmernaya entropiya (t.e. v edinicah
postoyannoi Bol'cmana 
) v edinice ob'ema
dlya relyativistskih chastic (nezavisimo, bozony
eto ili fermiony) est'
(cm. napr. Zel'dovich i Novikov, Relyativistskaya Astrofizika, M., Nauka,
1967, razdel 8.5). Plotnost' relyativistskih chastic (fotonov + neitrino )
v sovremennuyu epohu
sm
,
a znachit entropiya Vselennoi vnutri segodnyashnego gorizonta
, to vnutri gorizonta
na radiacionno-dominirovannoi stadii
Postoyannaya Habbla na stadii dominirovaniya relyativistskoi plazmy s plotnost'yu energii
opredelyaetsya iz
sootnosheniya
gde
g
GeV -
Plankovskaya massa. T.o. vnutri gorizonta v plankovskuyu epohu
Znachit, stol' "goryachaya" teper' Vselennaya na samyh rannih stadiyah dolzhna byla by sostoyat' iz
nezavisimyh,
prichinno-nesvyazannyh
oblastei! Otchego zhe togda nablyudaemaya kartina tak odnorodna
i izotropna?
Esli zhe byla epoha, kogda masshtabnyi faktor ros eksponencial'no,
lyubye iznachal'no prichinno-svyazannye oblasti bystro "rashodilis'"
na rasstoyaniya 
gorizonta (
). Znachit, net nichego
udivitel'nogo v tom, chto eti oblasti na stadii bolee
medlennogo rosta masshtabnogo faktora vidny kak prichinno-nesvyazannye.
Deistvitel'no, dlya zakona (12.1) fizicheskii razmer gorizonta
, t.e. oni nahodilis' v prichinno-svyazannoi oblasti,
to
bystro vyhodit za gorizont
(t.e. stanovitsya bol'she 
), odnako pri etom
chasticy kak by "pomnyat" o svoei svyazi v proshlom.
Kinematiku eksponencial'nogo rasshireniya mozhno takzhe poyasnit' v terminah
povedeniya soputstvuyushei koordinaty gorizonta
. Po svoemu fizicheskomu smyslu soputstvuyushaya
koordinata chasticy yavlyaetsya ee lagranzhevoi koordinatoi i ne
izmenyaetsya v hode rasshireniya. Imenno v etih koodinatah izuchaetsya
process rosta nachal'nyh vozmushenii, privedshih v dal'neishem k
formirovaniyu struktury Vselennoi.
Na stadii inflyacii soputstvuyushaya koordinata gorizonta
ostaetsya pochti postoyannoi:
Otsyuda sleduet, chto pri eksponencial'nom rasshirenii dazhe v beskonechno udalennom budushem svetovymi signalami smogut obmenyat'sya tol'ko te tochki, kotorye pervonachal'no nahodilis' vnutri sfery radiusa
.
Naprotiv, na Fridmanovskoi stadii
,
, soputstvuyushaya koordinata gorizonta
yavlyaetsya rastushei funkciei vremeni
i pri fridmanovskom rasshirenii v prichinno-svyazannoi oblasti
v budushem okazhetsya vse prostranstvo.
Dlya "rozhdeniya" Vselennoi s
radius prichinno-svyazannoi sfery
cm,
odnako za 70 Habblovskih vremen pri eksponencial'nom rasshirenii
za vremya etoi stadii 
on vyrastet do
sm, chto dostatochno dlya resheniya
problemy gorizonta. V sovremennyh modelyah inflyacii 
,
tak chto razmer prichinno-svyazannoi oblasti v proshlom namnogo prevyshaet razmer
sovremennogo gorizonta.
12.1.2 Problema ploskogo mira
Eta problema sostoit v chrezvychainoi blizosti plotnosti k kriticheskoi (t.e.
) na samyh rannih stadiyah evolyucii. Vot prostoe rassuzhdenie.
Predpolozhim, chto kvantovoe "rozhdenie" mira proizoshlo v moment
s. Estestvennyi radius krivizny mira pri rozhdenii
-
sm. Dlya ocenki predpolozhim, chto rasshirenie Vselennoi
vse vremya proishodilo po stepennomu zakonu
. K nastoyashemu
momentu 
let radius krivizny dolzhen byl by vyrasti
do razmerov ...
sm !
Prodelaem obratnye ocenki: v nastoyashee vremya radius krivizny
sm, idya v proshloe k momentu 
poluchaem radius krivizny
sm,
a razmer gorizonta poryadka
. Poslednee neravenstvo
oznachaet, chto v etu epohu
Vselennaya okazyvaetsya ploskoi c tochnost'yu do
,
ili v terminah
- s tochnost'yu do 
!!!
Kak ob'yasnit' stol' tochnuyu "nastroiku"?
K tem zhe vyvodam mozhno pridti pri bolee tochnom kolichestvennom rassmotrenii.
Deistvitel'no, uravnenie Fridmana dlya masshtabnogo faktora
12.1mozhno perepisat'
cherez
i postoyannuyu Habbla 
v vide
dlya ploskoi modeli ili 
(zakrytaya ili otkrytaya model').
Zametim, chto pravaya chast' predstavlyaet soboi kvadrat otnosheniya Habblovskoi
dliny 
12.2
k radiusu krivizny 
12.3.
Na Fridmanovskoi stadii
, i
pri 
, t.e. Habblovskii radius
rastet bystree radiusa krivizny (masshtabnogo faktora) i
velichina 
vsegda umen'shaetsya. Poetomu fakt blizosti
nablyudaemoi Vselennoi k ploskoi (
) ochen' stranen.
12.4
Potrebuem umen'sheniya pravoi chasti (12.4)
v hode rasshireniya, tak chtoby nezavisimo ot nachal'noi krivizny
Vselennaya avtomaticheski stremilas' k ploskoi pri rasshirenii. Eto uslovie
ekvivalentno umen'sheniyu soputstvuyushei Habblovskoi koordinaty so vremenem
. Otsyuda poluchaem ekvivalentnoe trebovanie na
masshtabnyi faktor 
. Eto uslovie vypolnyaetsya pri
eksponencial'nom rasshirenii
.
<< 12. Kosmologiya (prodolzhenie II) | Oglavlenie | 12.2 Inflyacionnaya Vselennaya >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika
Publikacii so slovami: zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
