<< 12.1 Trudnosti kosmologii | Oglavlenie | 12.3 Rost malyh vozmushenii >>
12.2 Model' inflyacionnoi Vselennoi
Osnovnaya ideya modeli inflyacionnoi Vselennoi (A.D. Linde,
A. Gus, A.A. Starobinskii) sostoit v tom, chto
v ochen' rannei Vselennoi sushestvovala neobychnaya forma materii, kotoraya
sozdavala "antigravitaciyu", zastavlyaya Vselennuyu rasshiryat'sya s uskoreniem
. Sama po sebe antigravitaciya ne dolzhna vosprinimat'sya kak
nechto chudesnoe - vspomnim, chto v ramkah OTO istochnikom gravitacionnogo
polya yavlyaetsya ne tol'ko veshestvo, no i davlenie (potok impul'sa).
Net fizicheskogo zakona, kotoryi by zapreshal imet'
otricatel'noe davlenie. Bolee togo, sovremennaya fizika elementarnyh
chastic predpolagaet sushestvovanie skalyarnyh polei, odnim iz svoistv kotoryh
yavlyaetsya realizaciya pri nekotoryh dostatochno obshih
usloviyah uravneniya sostoyaniya 
(davlenie otricatel'no!).
Esli v proizvol'no maloi oblasti gde-libo
vo Vselennoi na rannih stadiyah voznikaet takoe pole, to pri etom
uravnenii sostoyaniya masshtabnyi faktor etoi oblasti rastet
eksponencial'no so vremenem,
, gde 
cconst - postoyannaya Habbla. Reshenie
tipa (12.1) s 
bylo polucheno goll. fizikom Villemom
De Sitterom v 1917 g. iz uravnenii Einshteina s kosmologicheskoi postoyannoi i
nosit ego imya.
Otricatel'noe davlenie effektivno deistvuet kak
"antigravitaciya", zastavlyaya Vselennuyu ochen' bystro rasshiryat'sya.
Poyasnim poslednee podrobnee.
Iz uravnenii Fridmana (sm. Lekciyu 10)
imeem
poetomu pri
poluchaem
i
t.e. eksponencial'nyi rost masshtabnogo faktora pri postoyannoi plotnosti energii (rabota sil davleniya tochno kompensiruet ubyvanie energii pri rasshirenii).
Eksponencial'noe uvelichenie razmerov oblasti s postoyannoi plotnost'yu oznachaet rost massy (energii) vnutri oblasti "iz nichego", chto na pervyi vzglyad mozhet pokazat'sya strannym. Odnako narusheniya zakona sohraneniya energii zdes' net - rost polozhitel'noi energii tochno kompensiruetsya otricatel'noi energiei gravitacionnogo polya, kotoroe sozdaetsya "poyavlyayusheisya" polozhitel'noi energiei vnutri rasshiryayusheisya oblasti. Poetomu v hode inflyacionnogo rasshireniya polnaya energiya sohranyaetsya.
Bolee formal'no mozhno rasmotret'
termodinamicheskoe sootnoshenie (1-i
zakon termodinamiki, zakon sohraneniya energii). T.k.
pri rasshirenii entropiya dolzhna sohranyat'sya 
,
izmenenie energii v elemente ob'ema kompensiruetsya
rabotoi sil davleniya:
S uchetom
nahodim
,
t.e. izmeneniya energii pri izmenenii ob'ema ne proishodit.
Antigravitiruyushee sostoyanie principial'no neustoichivo - ono eksponencial'no
"raspadaetsya", podobno radioaktivnomu raspadu yader,
v obychnoe gravitiruyushee veshestvo.
Harakternoe vremya raspada etogo neustoichivogo sostoyaniya opredelyaetsya
kak Habblovskoe vremya 
. Pri raspade obrazuyutsya relyativistskie
chasticy obychnogo veshestva (leptony, kvarki i ih supersimmetrichnye
partnery). Stolknoveniya i vzaimodeistviya mezhdu
nimi bystro privodyat k ustanovleniyu termodinamicheskogo ravnovesiya
s uravneniem sostoyaniya dlya relyativistskoi materii 
.
Dlya resheniya paradoksov Fridmanovskoi kosmologii,
upomyanutyh vyshe, dostatochno, chtoby inflyaciya prodolzhalas'
okolo 70 Habblovskih vremen. Za eto
vremya masshtabnyi faktor uvelichivaetsya v
raz, i k momentu nachala Fridmanovskoi stadii
masshtabnyi faktor okazyvaetsya poryadka
sm,
chto i trebuetsya dlya resheniya
problemy
gorizonta. Nachal'naya plotnost' s nuzhnoi (
!) tochnost'yu
vpolne estestvenno okazyvaetsya
ravnoi 1 (reshenie problemy ploskostnosti). Iz-za eksponencial'nogo rosta
masshtabnogo faktora nachal'nye kvantovye flyuktuacii uhodyat za gorizont
(kotoryi rastet medlennee eksponenty), a zatem na bolee pozdnih stadiyah
(kogda masshtabnyi faktor rastet kak stepen' 
ot vremeni) vnov'
"vhodyat" pod gorizont (kotoryi rastet proporcional'no vremeni s momenta
nachala Fridmanovskogo rasshireniya),
uzhe usilennye rasshireniem. Pri etom generiruetsya nachal'nyi spektr
vozmushenii, neobhodimyh dlya formirovaniya struktur vo Vselennoi.
Takim obrazom, stadiya inflyacii za vremya 
s
"gotovit" pervichnoe ochen' goryachee
veshestvo v oblasti s razmerom poryadka 0.01 sm, kotoroe rasshiryaetsya
po inercii s 
. Eto i est' ne chto inoe, kak model'
goryachei Vselennoi ("Bol'shogo Vzryva"). Teper' yasno, chto rol'
"vzryva" igrala stadiya inflyacii.
Perechislim eshe raz argumenty, svidetel'stvuyushie v
real'nost' sushestvovaniya stadii inflyacionnogo rasshireniya do
Fridmanovskoi stadii v rannei Vselennoi.
1. Bol'shaya entropiya Vselennoi (
). V inflyacionnoi
modeli stol' bol'shoe chislo poluchaetsya "cenoi" 70-kratnogo eksponencial'nogo
rosta masshtabnogo faktora. Chislo poryadka 100 legche ob'yasnit' v budushem
ishodya iz bolee fundamental'noi teorii.
2. Nalichie odnorodnogo i izotropnogo Habblovskogo rasshireniya. Estestvenno poluchaetsya kak sledstvie deistviya antigravitacii v rannei Vselennoi.
3. Odnorodnost' i izotropiya Vselennoi v bol'shih masshtabah (problema gorizonta). Ob'yasnyaetsya prichinnoi svyaz'yu vseh flyuktuacii v doinflyacionnyi period.
4. Blizost' (tochnoe ravenstvo?) polnoi plotnosti k kriticheskoi
(problema ploskostnosti). Nezavisimo ot nachal'noi velichiny 
,
na stadii inflyacii
s nuzhnoi tochnost'yu.
5. Otsutstvie magnitnyh monopolei (chastic s massami poryadka 
GeV,
predskazannyh Dirakom). V standartnoi modeli Bol'shogo Vzryva takie monopoli
obrazovyvalis' by v epohu 
GeV i v nastoyashee vremya
dominirovali by vo Vselennoi s absurdnym perevesom po plotnosti v 
.
V inflyacionnoi modeli obrazovavshiesya v doinflyacionnuyu epohu monopoli
"raznosit" pri eksponencial'nom rasshirenii na chudovishnye rasstoyaniya i
ih chislo stanovyatsya "bezopasno malym" vnutri sovremennogo gorizonta.
6. Sfazirovannye oscillyacii flyuktuacii reliktovogo izlucheniya v raznyh uglovyh masshtabah (Saharovskie kolebaniya). Eto pryamoe ukazanie na proishozhdenie pervichnyh flyuktuacii vnutri prichinno-svyazannoi oblasti v doinflyacionnyi period. V zaklyuchenie kratko ostanovimsya na shiroko obsuzhdayusheisya modeli vechnoi inflyacii. Sut' ee zaklyuchetsya v tom, chto raz nachavshis' v kakom-libo meste vo Vselennoi, inflyaciya ne mozhet ostanovitsya. Deistvitel'no, v otlichie ot radioaktivnogo raspada, raspad antigravitiruyushei substancii v obychnoe veshestvo pri inflyacii privodit k eksponencial'nomu rostu razmerov oblasti, zanimaemoi inflyaciei, v kotoroi oblast', zanyataya obychnym veshestvom, eksponencial'no mala (tak kak obychnoe veshestvo rasshiryaetsya s zamedleniem, ili dazhe na stadii dinamicheskoi dominantnosti kosmologicheskoi postoyannoi s uskoreniem, no men'shim po sravneniyu s pervonachal'nym). Takim obrazom predstavlyaetsya, chto vsya Vselennaya okazyvaetsya zapolnennoi raspadayusheisya inflyacionnoi fazoi, vnutri kotoroi sushestvuet beskonechno mnogo prichinno-nesvyazannyh "ostrovov" obychnoi materii ("nasha Vselennaya" - vsego lish' odin iz takih ostrovov).
<< 12.1 Trudnosti kosmologii | Oglavlenie | 12.3 Rost malyh vozmushenii >>
|
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 >> | |
