Astronet > Inflyaciya, kvantovaya kosmologiya i antropnyi princip. Model' dvoinoi vselennoi i problema kosmologicheskoi postoyannoi.

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

<< Ot vselennoi k Mul'timiru|Oglavlenie|Kosmologicheskaya postoyannaya, temnaya energiya i antropnyi princip. >>

Model' dvoinoi vselennoi i problema kosmologicheskoi postoyannoi.

Davaite rassmotrim model' dvoinoi vselennoi (Linde, 1988). Ona opisyvaet dve vselennye $X$ i $Y$ s koordinatami $x_\mu$ i $y_\alpha$ sootvetstvenno $(\mu, \alpha=0,1,\dots, 3)$ i metrikami $g_{\mu\nu}(x)$ i $\bar{g}_{\alpha\beta}(y)$ , soderzhashie polya $\phi(x)$ i $\bar{\phi}(y)$ s deistviem sleduyushego neobychnogo vida:

$S = N\int d^4xd^4y\sqrt{g(x)}\sqrt{\bar{g}(y)}\nonumber \times [\frac{M^2_p}{16\pi} R(x)+L(\phi(x))-\frac{M^2_p}{16\pi} R(y) - L(\bar{\phi}(y))] \ ,$

gde $N$ - nekotoraya konstanta normirovki. Eto deistvie invariantno otnositel'no proizvol'nogo preobrazovaniya koordinat v kazhdoi iz vselennyh po-otdel'nosti. Poyavivshayasya zdes' novaya simmetriya - simmetriya deistviya otnositel'no preobrazovaniya $\phi(x)\rightarrow \bar{\phi}(x), g_{\mu\nu}(x) \to \bar{g}_{\alpha\beta}(x)$ i zameny znaka $S\rightarrow -S$ , kotoruyu my budem nazyvat' simmetriei antipodov (antipodal symmetry), tak kak ona svyazyvaet mezhdu soboi sostoyaniya s polozhitel'noi i otricatel'noi energiyami;

Promezhutochnym sledstviem etoi simmetrii yavlyaetsya invariantnost' otnositel'no izmeneniya znachenii effektivnyh potencialov $V(\phi) \rightarrow V(\phi) + c, V(\bar{\phi}) = V(\bar{\phi}) + c$ , gde $c$ - nekotoraya konstanta. Sledovatel'no, nichto v teorii ne zavisit ot velichiny absolyutnyh minimumov effektivnyh potencialov $V(\phi)$ i $V(\bar{\phi})$ , sootvetstvenno, $\phi_0$ i $\bar{\phi}_0$ . (Zametim, chto $\phi_0=\bar{\phi}_0$ i $V(\phi_0) = V(\bar{\phi}_0)$ iz-za simmetrii antipodov). Eto - osnovnaya prichina togo, chto v nashei modeli, pohozhe, mozhno reshit' problemu kosmologicheskoi postoyannoi.

Odnako, osnovnym nashim pobuzhdeniem pri vvedenii etoi novoi simmetrii bylo ne prosto zhelanie reshit' problemu kosmologicheskoi postoyannoi. Tochno tak zhe, kak koncepciya zerkal'nyh chastic iznachal'no byla predlozhena dlya sohraneniya CP-simmetrii teorii pri tom, chto v nablyudeniyah eta simmetriya narushaetsya, vysheizlozhennaya koncepciya predlozhena dlya togo, chtoby teoriya byla simmetrichnoi po otnosheniyu k znaku energii. Eto ustranyaet ustoyavsheesya mnenie, chto, nesmotrya na neizmennost' predskazanii teorii pri izmenenii znaka lagranzhiana (to est' odnovremenno i kineticheskogo, i potencial'nogo chlena), neobhodimo postulirovat' polozhitel'nost' energii vseh chastic. Eto predubezhdenie bylo tak sil'no, chto mnogo let nazad fiziki predpochitali rassmatrivat' pri kvantovanii chasticy s otricatel'noi energiei kak antichasticy s polozhitel'noi, chto privelo k poyavleniyu takih bessmyslennyh ponyatii, kak otricatel'naya veroyatnost'. Hotelos' by podcherknut', chto ne voznikaet nikakih problem pri kvantovanii teorii, opisyvayushih chasticy s otricatel'noi energiei sami po sebe, vse trudnosti svyazany s nalichiem vzaimodeistviya chastic s razlichnymi znakami energii. V nashem sluchae etih problem ne voznikaet, tochno tak zhe kak ne sushestvuet problemy padeniya antipodov s protivopolozhnoi storony zemli. Prichina v tom, chto polya $\bar{\phi}(y)$ ne vzaimodeistvuyut s polyami $\phi(x)$ , i uravneniya dvizheniya dlya $\bar{\phi}(y)$ i $\phi(x)$ polnost'yu analogichny (izmenenie znaka u $L(\bar{\phi}(y))$ ne menyaet uravnenii Lagranzha). Analogichno, gravitony iz razlichnyh vselennyh ne vzaimodeistvuyut mezhdu soboi. Odnako, nekoe vzaimodeistvie mezhdu etimi dvumya vselennymi vse-taki sushestvuet. Deistvitel'no, uravneniya Einshteina v nashem sluchae imeyut vid:

$R_{\mu\nu} (x)-\frac{1}{2}g_{\mu\nu}R(x) = - 8\pi GT_{\mu\nu}(x) - g_{\mu\nu} \langle \frac{1}{2} R(y) + 8\pi GL(\bar{\phi}(y))\rangle,$ $R_{\alpha\beta}(y) -\frac{1}{2}\bar{g}_{\alpha\beta} R (y) =-8\pi GT_{\alpha\beta} (y)-\bar{g}_{\alpha\beta} \langle\frac{1}{2} R(x)+ 8\pi GL(\phi(x))\rangle$

Zdes' $T_{\mu\nu}$ - tenzor energii-impul'sa polei $\phi(x), T_{a\beta}$ - tenzor energii-impul'sa polei $\bar{\phi}(y)$ , znak usredneniya oznachaet

$\langle R(x)\rangle =\frac{\int d4 x\sqrt{g(x)} R(x)} {\int d^4x\sqrt{g(x)}},$ $\langle R(y)\rangle = \frac{\int d^4y\sqrt{\bar{g}(y)} R(y)} {\int d^4y\sqrt{\bar{g}(y)}},$

i analogichno dlya $\langle L(x)\rangle$ i $\langle L(y)\rangle$ . Takim obrazom, otlichitel'nym svoistvom vysheizlozhennoi teorii yavlyaetsya nalichie global'nogo vzaimodeistviya mezhdu vselennymi X i Y: integral po vsei istorii vselennoi Y vliyaet na plotnost' energii vakuuma vo vselennoi X.

V obshem sluchae vychislenie vysheprivedennyh srednih mozhet byt' ochen' netrivial'noi zadachei. K schast'yu, odnako, dlya inflyacionnoi vselennoi (po krainei mere, esli vselennaya ne nahoditsya v samovosproizvodyashemsya sostoyanii, sm. nizhe) eto mozhet byt' sdelano dostatochno prosto. A imenno, vselennaya v rezul'tate inflyacii stanovitsya prakticheski ploskoi i ee vremya zhizni - eksponencial'no bol'shim. V etom sluchae osnovnoi vklad v $\langle R\rangle$ and $\langle L \rangle$ vnositsya pozdnimi stadiyami evolyucii vselennoi, na kotoryh polya $\phi (x)$ i $\phi(\bar{a})$ koleblyutsya vblizi global'nyh minimumov svoih effektivnyh potencialov. V rezul'tate srednee znachenie $-L(\phi(x))$ prakticheski sovpadaet s velichinoi effektivnogo potenciala $V(\phi)$ v absolyutnom minimume $\phi=\phi_0$ , a srednee znachenie skalyara krivizny $R(x)$ - s ego znacheniem na poslednih stadiyah evolyucii vselennoi, kogda ona perehodit v sostoyanie, sootvetstvuyushee global'nomu minimumu $V(\phi)$ . Eto takzhe spravedlivo i dlya srednih znachenii $-L(\bar{\phi}(y))$ i $R(y)$ . V takom sluchae, kak netrudno pokazat' (Linde, 1988), effektivnaya kosmologicheskaya postoyannaya avtomaticheski obrashaetsya v nol'

$R(x) = - R(y) = \frac{32}{3}\pi G[V(\phi_0)-V(\bar{\phi}_0)]=0$

Eta model' byla pervym primerom teorii s nelokal'nym vzaimodeistviem vselennyh. Ona byla vdohnovlena scenariem dochernei vselennoi, i v dal'neishem byla zabyta vmeste s nim. Odnako model' eta baziruetsya na sovershenno drugih principah, i potomu dolzhna rassmatrivat'sya otdel'no.

V etoi modeli est' neskol'ko problem, na kotorye neobhodimo obratit' vnimanie prezhde, chem prinimat' ee vser'ez. Vo-pervyh, dlya resheniya problemy kosmologicheskoi postoyannoi v nashei vselennoi my dobavili eshe odnu, s otricatel'noi plotnost'yu energii v nei. Na pervyi vzglyad eto kazhetsya slishkom neracional'nym. Odnako v poslednie neskol'ko let ideya neskol'kih vzaimodeistvuyushih mezhdu soboi vselennyh stala ochen' populyarnoi v kontekste scenariya mira na brane (Arkani-Hamed et al, 1998,2000; Antoniadis et al, 1999; Randall and Sundrum, 1999). Zanulenie effektivnoi kosmologicheskoi postoyannoi na nashei brane (v nashei vselennoi) chasto dostigaetsya vvedeniem brany s otricatel'nym poverhnostnym natyazheniem (vselennoi s otricatel'noi plotnost'yu energii), sm. naprimer (Randall and Sundrum, 1999). Ne vpolne yasno, odnako, mozhet li kakaya-libo simmetriya spasti etot rezul'tat pri uchete radiativnyh popravok v scenarii mira na brane. Mezhdu tem v nashem sluchae teoriya polnost'yu simmetrichna po otnosheniyu k vyboru znaka energii, chto ostavlyaet poluchennyi rezul'tat v sile dazhe pri ih uchete.

Sleduyushaya problema bolee slozhna. Esli vselennaya vosproizvodit sama sebya, mozhno stolknut'sya s opredelennymi slozhnostyami pri vychislenii vysheupomyanutyh srednih, tak kak v nih nachinayut dominirovat' vechno rasshiryayushiesya oblasti s bol'shimi znacheniyami $V(\phi)$ . Etih slozhnostei mozhno izbezhat' v teoriyah, v kotoryh $V(\phi)$ dostatochno bystro rastet pri bol'shih $\phi$ , i sledovatel'no otsutstvuet samovosproizvodyashiisya rezhim.

Nakonec, nablyudeniya pokazyvayut, chto vselennaya uskoryaetsya, kak esli by ona imela maluyu polozhitel'nuyu plotnost' energii vakuuma $V(\phi) \sim 10^{-123} M_p^4$ . Potomu my dolzhny dobit'sya nepolnogo ischeznoveniya energii vakuuma. Eto vpolne vozmozhno: kak bylo upomyanuto, srednee znachenie $-L(\phi(x))$ prakticheski sovpadaet s velichinoi effektivnogo potenciala v global'nom minimume $\phi=\phi_0$ . Krome togo, esli $V(\phi)$ dostatochno pologa vblizi minimuma (chto i imeet mesto v obychnyh modelyah temnoi energii), my mozhem priblizhat'sya k minimumu ochen' medlenno, i v lyuboi moment vremeni imet' nebol'shuyu neskompensirovannuyu polozhitel'nuyu plotnost' energii vakuuma.

Neizvestno, vyzhivet li takaya prostaya model' v budushem, odnako etot primer pokazyvaet, chto v ramkah scenariya Mul'timira mogut poyavlyat'sya novye neozhidannye vozmozhnosti, kotorye neobhodimo ser'ezno izuchat'.

Sdelaem teper' shag nazad i obsudim antropnyi podhod k probleme kosmologicheskoi postoyannoi.

<< Ot vselennoi k Mul'timiru|Oglavlenie|Kosmologicheskaya postoyannaya, temnaya energiya i antropnyi princip. >>

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