Astronet > Inflyaciya, kvantovaya kosmologiya i antropnyi princip. Dochernie vselennye

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

<< Vechnaya haoticheskaya inflyaciya|Oglavlenie|Ot vselennoi k Mul'timiru >>

Dochernie vselennye

Kak my vyyasnili, inflyaciya pomogaet vosstanovit' v pravah slabyi antropnyi princip, obespechivaya realizaciyu vse vakuumnyh sostoyanii i, sledovatel'no, vseh vozmozhnyh zakonov elementarnyh chastic, razreshennyh osnovnoi teoriei, v nekotoroi eksponencial'no bol'shoi i lokal'no odnorodnoi chasti vselennoi.

Otmetim, odnako, chto pri etom my govorim ne o vybore odnoi iz mnozhestva razlichnyh teorii, no o vybore odnogo iz vozmozhnyh vakuumnyh sostoyanii, ili faz, v ramkah nekoi odnoi teorii. Eto analogichno tomu, chto voda mozhet nahodit'sya v gazoobraznom, zhidkom ili tverdom sostoyaniyah, kotorye vyglyadyat sovershenno ne pohozhe drug na druga (tak, ryba ne smozhet zhit' vo l'de), no imeyut odinakovyi himicheskii sostav. Analogichno, nesmotrya na to, chto nekotorye teorii mogut davat' ogromnoe chislo vakuumnyh sostoyanii, nasha svoboda vybora vse zhe ogranichena nekimi fundamental'nymi zakonami, kotorye dolzhny vypolnyat'sya vo vsei vselennoi.

Samoe vremya sdelat' sleduyushii shag i sprosit', deistvitel'no li bazovaya teoriya fiksirovana s samogo nachala i ne mozhet menyat'sya? Ochen' interesnye idei na etu temu byli vyskazany v konce 80-h godov. Eto byla tak nazyvaemaya teoriya dochernei vselennoi (Coleman, 1988a,1988b; Banks, 1988; Giddings and Strominger,1988,1989). Na korotkoe vremya eta ideya stala ochen' populyarna, a potom byla prakticheski zabyta. Na nash vzglyad, obe eti krainosti byli vyzvany posledstviyami nekritichnogo ispol'zovaniya evklidova podhoda v kvantovoi kosmologii. No esli otdelit' etot metod ot ostal'nogo soderzhaniya teorii, mozhno zametit' v nei nechto ochen' interesnoe i pouchitel'noe.

Glavnaya ideya teorii dochernei vselennoi sostoit v tom, chto nasha vselennaya mozhet razdelit'sya na nesvyazannye chasti iz-za effektov kvantovoi gravitacii. Dochernie vselennye, sozdannye iz roditel'skoi, mogut unesti iz nee elektron-pozitronnuyu paru, ili lyubuyu druguyu kombinaciyu chastic i polei, razreshennuyu zakonami sohraneniya. Mnozhestvo metodov bylo predlozheno dlya opisaniya etoi situacii. Prosteishii sostoit v utverzhdenii, chto nalichie dochernih vselennyh vedet k modifikacii effektivnoi plotnosti gamil'toniana.

${\cal H}(x) = {\cal H}_{0}(\phi(x)) + \sum{\cal H}_{i}[\phi(x)] A_i \ .$

Etot gamil'tonian opisyvaet polya $\phi(x)$ v roditel'skoi vselennoi na masshtabah, gorazdo bol'shih plankovskih. ${\cal H}_0$ - chast' gamil'toniana, ne podverzhennaya topologicheskim fluktuaciyam, ${\cal H}_{i}(\phi)$ - nekotorye lokal'nye funkcii polei $\phi$ , i $A_i$ - kombinaciya operatorov rozhdeniya i unichtozheniya dlya dochernei vselennoi. Eti operatory ne zavisyat ot $x$ , tak kak dochernie vselennye ne mogut unosit' impul's. Koleman (Coleman, 1988a,1988b) pokazal, chto trebovanie lokal'nosti v roditel'skoi vselennoi

$[{\cal H}(x), {\cal H}(y)] = 0$

dlya razdelennyh vremenipodobnym intervalom $x$ i $y$ predpolagaet to, chto operatory $A_i$ kommutiruyut, otkuda sleduet, chto ih mozhno odnovremenno diagonalizovat' s pomosh'yu al'fa-sostoyanii:

$A_i |{\alpha_i}\rangle = \alpha_i |{\alpha_i}\rangle \ .$

Esli sostoyanie dochernei vselennoi yavlyaetsya sobstvennym sostoyaniem $A_i$ , to rezul'tatom rozhdeniya dochernih vselennyh budet vvedenie beskonechnogo chisla neopredelennyh parametrov $\alpha_i$ v effektivnyi gamil'tonian: mozhno prosto zamenit' operatory $A_i$ ih sobstvennymi znacheniyami. Esli zhe vselennaya iznachal'no ne nahoditsya v sobstvennom sostoyanii operatora $A_i$ , ona vse ravno, posle neskol'kih izmerenii volnovoi funkcii, ochen' bystro v odno iz nih kollapsiruet.

Eto privodit k odnoi ochen' interesnoi vozmozhnosti, svyazannoi s osnovnymi principami fiziki. My privykli verit', chto glavnoi zadachei fiziki yavlyaetsya otkrytie lagranzhiana (ili gamil'toniana) teorii, pravil'no opisyvayushei mir. Odnako voznikaet vopros: esli nasha vselennaya nekogda v dalekom proshlom ne sushestvovala, v kakom smysle my mozhem govorit' o sushestvovanii togda zakonov prirody, upravlyayushih eyu? My znaem, naprimer, chto zakony nashei biologicheskoi evolyucii zapisany v nashem geneticheskom kode. No gde byli zapisany zakony fiziki v to vremya, kogda vselennoi eshe ne bylo (esli takoe vremya bylo)? Vozmozhnym otvetom teper' yavlyaetsya to, chto okonchatel'naya struktura (effektivnogo) gamil'toniana fiksiruetsya tol'ko posle provedennyh izmerenii, kotorye opredelyayut konstanty svyazi v tom sostoyanii, v kotorom my zhivem. Razlichnye gamil'toniany opisyvayut razlichnye zakony fiziki v raznyh (kvantovyh) sostoyaniyah vselennoi, i, provodya izmereniya, my umen'shaem mnozhestvo vseh vozmozhnyh zakonov fiziki do mnozhestva teh, kotorye vypolnyayutsya v nashei (klassicheskoi) vselennoi.

V dal'neishem my ne budem obsuzhdat' dannyi vopros, tak kak eto potrebovalo by takzhe obsuzhdeniya razlichii ortodoksal'noi (kopengagenskoi) i mnogomirovoi interpretacii kvantovoi mehaniki. Hotelos' by tol'ko otmetit', chto s pomosh'yu etoi teorii usilit' antropnyi princip, polagaya vse fundamental'nye konstanty prinimayushimi razlichnye znacheniya v razlichnyh kvantovyh sostoyaniyah vselennoi.

Odnako, esli eto nastol'ko interesno, pochemu zhe ob etoi teorii bol'she nichego ne slyshno? Chtoby otvetit' na etot vopros, neobhodimo vspomnit', pochemu imenno ona stala takoi populyarnoi v konce 80-h. Naibolee interesnym ee prilozheniem bylo vozmozhnoe ob'yasnenie ischeznoveniya kosmologicheskoi postoyannoi (Coleman, 1988a,1988b). Osnovnaya ideya byla tesno svyazana s predpolozheniem Hokinga (Hawking, 1984) o tom, chto kosmologicheskaya postoyannaya, analogichno drugim konstantam, mozhet prinimat' razlichnye znacheniya, i veroyatnost' obnaruzhit' sebya vo vselennoi s velichinoi $\Lambda = V(\phi)$ daetsya vyrazheniem

$P(\Lambda) \sim \exp (-2S_{E}(\Lambda)) = \exp\frac{3 \pi M^4_P}{\Lambda}\ ,$

gde $S_E$ - deistvie v evklidovoi versii prostranstva de-Sittera. Odnako, Koleman otmetil, chto neobhodimo ne tol'ko prinyat' vo vnimanie evklidovu konfiguraciyu odnoi vselennoi, no i prosummirovat' po vsem konfiguraciyam dochernih i roditel'skih vselennyh, soedinennyh evklidovskimi chervyachnymi norami (wormholes), chto v rezul'tate daet (Coleman, 1988a,1988b)

$P(\Lambda) \sim \exp \left(\exp \frac{3 \pi M^4_P}{\Lambda}\right)$

Vysheprivedennye uravneniya pokazyvayut, chto s naibol'shei veroyatnost'yu my okazyvaemsya v kvantovom sostoyanii vselennoi s $\Lambda = 0$ . Eto moglo by byt' zamechatel'nym resheniem problemy kosmologicheskoi postoyannoi.

K sozhaleniyu, ispol'zovanie evklidova podhoda v dannom kontekste ne vpolne opravdanno. Vse problemy svodyatsya k tomu, chto evklidovskoe deistvie $S_E$ imeet nepravil'nyi (otricatel'nyi) znak (Hartle and Hawking, 1983). Obychno evklidovskii podhod rabotaet horosho pri $S_E > 0$ i stalkivaetsya s ser'eznymi problemami pri $S_E<0$ (Linde, 1984a,1998; Vilenkin, 1984). Porabotav s etim podhodom nekotoroe vremya, bol'shinstvo uchenyh ostalos' neudovletvorennymi i otkazalis' ot nego. Inogda mozhno poluchit' nekotorye rezul'taty, zameniv $S_E$ na $|S_E|$ (Linde, 1984a; Vilenkin, 1984), no eto ne daet nichego interesnogo po povodu $\Lambda$ v ramkah teorii dochernih vselennyh. Bolee togo, sovremennye nablyudeniya svidetel'stvuyut, chto kosmologicheskaya postoyannaya $\Lambda$ mozhet byt' i ne ravna nulyu. Kak sledstvie, teoriya dochernih vselennyh okazalas' prakticheski zabytoi.

S nashei tochki zreniya, odnako, osnovnaya ee ideya, glasyashaya, chto vselennaya mozhet odnovremenno sushestvovat' v razlichnyh kvantovyh sostoyaniyah, sootvetstvuyushih razlichnym zakonam fiziki, mozhet byt' ochen' produktivnoi. Odnako ona vse eshe slishkom slozhna, tak kak neyavno predpolagaet, chto my mozhem rabotat' na urovne tak nazyvaemogo tret'ego kvantovaniya (Coleman, 1988a,1988b; Banks, 1988; Giddings and Strominger, 1988,1989), to est' primenyat' kvantovuyu teoriyu ne tol'ko k chasticam, no i ko vselennym. Eto slishkom smeloe dopushenie. Chut' inoi podhod k kvantovoi kosmologii i izmeneniyu fundamental'nyh postoyannyh byl predlozhen pozdnee v rabotah (Linde, 1990a; Vilenkin, 1995; Garcia-Bellido and Linde, 1995). Do sih por obychno podcherkivaetsya, chto eti podhody osnovany na kvantovoi kosmologii, kotoraya dostatochno zaputanna i protivorechiva. Potomu bylo by poleznymi uprostit' nemnogo eti idei i predstavit' ih v inoi forme, vozmozhno, pozvolyayushei dal'neishie obobsheniya.

<< Vechnaya haoticheskaya inflyaciya|Oglavlenie|Ot vselennoi k Mul'timiru >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: antropnyi princip - Kosmologiya - kosmologicheskaya postoyannaya - kosmomikrofizika - inflyacionnaya Vselennaya - inflyaciya - Vselennaya Publikacii so slovami: antropnyi princip - Kosmologiya - kosmologicheskaya postoyannaya - kosmomikrofizika - inflyacionnaya Vselennaya - inflyaciya - Vselennaya
Sm. takzhe: JADES-GS-z14-0: novyi samyi dalekii ob'ekt "Illyustris" modeliruet Vselennuyu Edvin Habbl otkryvaet Vselennuyu Karta nablyudaemoi Vselennoi Poslanie ot gravitacionnoi Vselennoi Raskras'te Vselennuyu Stepeni desyati Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mneniya chitatelei [16]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce