Astronet > Model' inflyacionnoi Vselennoi

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

Model' inflyacionnoi Vselennoi

- gipoteza o fiz. sostoyanii i zakone rasshireniya ochen' rannei Vselennoi (kogda ee temp-ra prevyshala 10²⁸, sm. Kosmologiya). M. i. V., osnovannaya na sovr. teorii elementarnyh chastic i kvantovoi teorii polya, privlekaetsya dlya ob'yasneniya prichin pervonachal'nogo rasshireniya Vselennoi i sv-v sovr. nablyudaemogo mira, yavlyayushihsya ishodnymi i postuliruemymi v standartnoi ("goryachei") kosmologich. modeli. V ramkah standartnoi modeli predpolagaetsya, chto v proshlom Vselennaya byla s bol'shoi tochnost'yu odnorodnoi i izotropnoi, a ee dinamich. evolyuciya na vsem intervale vremeni t ot plankovskoi epohi ( $t_{Pl}\approx 10^{-43} \mbox{s}, \;\rho{Pl}\approx 10^{-93}$ g/sm³) i vplot' do epohi rekombinacii opredelyalas' ur-niem sostoyaniya, blizkim k $p=\varepsilon/3$ (r - davlenie, $\varepsilon$ - plotnost' energii). Masshtabnyi faktor R(t) izmenyalsya na ukazannom intervale vremeni po zakonu R(t)~ t^1/2, a zatem, vplot' do nashih dnei, po zakonu R(t)~ t^2/3, sootvetstvuyushemu ur-niyu sostoyaniya $p\ll\varepsilon=\rho c^2$ ( $\rho$ - plotnost' veshestva). Standartnaya kosmologich. model' horosho opisyvaet vsyu sovokupnost' dannyh nablyudenii, odnako nek-rye sv-va sovr. Vselennoi ostavlyaet bez ob'yasneniya.

Pervoe iz takih sv-v - krupnomasshtabnaya odnorodnost' i izotropiya Vselennoi. Razmer l₀ oblasti Vselennoi, ohvachennoi nablyudeniyami, po poryadku velichiny sovpadaet s t.n. habblovskim rasstoyaniem R(t), v proshlom bylo men'she. V plankovskuyu epohu ono sostavlyalo, soglasno standartnoi modeli, oblasti (razmer 90) takih oblastei, prichinnaya svyaz' mezhdu k-rymi otsutstvovala. Chtoby obespechit' odnorodnost' i izotropiyu vo vsem ohvachennom sovr. nablyudeniyami ob'eme Vselennoi, prihoditsya postulirovat', chto v plankovskuyu epohu vo vseh ukazannyh oblastyah sushestvovali odinakovye nachal'nye usloviya. Eto rassuzhdenie kasaetsya nachal'nyh uslovii v nenablyudaemuyu plankovskuyu epohu, yavlyayushuyusya k tomu zhe granicei primenimosti sovr. fiz. teorii. Odnako analogichnye vyvody poluchayutsya i iz rassmotreniya bolee pozdnih, fakticheski nablyudaemyh epoh, napr. epohi rekombinacii. Deistvitel'no, fotony reliktovogo izlucheniya, prihodyashie k nam s napravlenii, razdelennyh vsego lish' nesk. gradusami dugi, ispytali poslednee rasseyanie pri vzaimodeistvii s elementami pervichnoi plazmy, mezhdu k-rymi ne uspela, soglasno standartnoi modeli, ustanovit'sya prichinnaya svyaz' za vse vremya ih sushestvovaniya ot t=t_Pl, i dazhe ot t= 0. Sledovatel'no, net osnovanii ozhidat', chto oni obladayut odinakovymi sv-vami. Tem ne menee, temp-ra reliktovogo izlucheniya, prihodyashego s raznyh napravlenii, s bol'shoi tochnost'yu (~ 10^-4) odinakova, chto govorit ob odinakovosti uslovii v etih elementah plazmy. T.o., nablyudeniya opredelenno svidetel'stvuyut ob odnorodnosti i izotropii Vselennoi, hotya prichiny vozniknoveniya etih sv-v ostayutsya nevyyasnennymi. pubd/2005/02/08/0001202781/tex/formula5.gif" border="0" alt="$r_N=c/H_0\approx 10^{28}$" align="absmiddle" width="125" height="19" > /images.astronet.ru/pubd/2005/02/08/0001202781/tex/formula6.gif" border="0" alt="$l \le l_0$" align="absmiddle" width="38" height="16" >. $l'=l_0 R(t_{Pl})/R(t_0)\approx 10^{-3}$ sm. Mezhdu tem, v tu epohu razmer prichinno-svyazannoi %62%00%00%00%00%6A%00%10%00%00%10%00%00%00%66%00%67%67%00%65" >gorizonta) 08/0001202781/tex/formula8.gif" border="0" alt="$l_{Pl}=ct_{Pl}\approx 10^{-33}$" align="absmiddle" width="132" height="18" > sm border="0" alt="$t_{Pl}\approx 10^{-43}$" align="absmiddle" width="82" height="18" > s). Sledovatel'no, v interesuyushem nas

Vtoroe sv-vo sostoit v sravnitel'noi blizosti nablyudaemogo znacheniya parametra $\Omega=\rho/\rho_c$ k edinice ( $\rho_c$ - kritich. plotnost' veshestva, ravnaya dlya sovr. epohi $\approx 5\cdot 10^{-30}$ g/sm³). Soglasno ocenkam, sovr. znachenie $\Omega=\Omega_0$ lezhit v predelah 0,03 < $\Omega_0$ < 2. Eto oznachaet, chto radius prostranstvennoi krivizny mira (imeyushii tot ili inoi znak v zavisimosti ot znacheniya $\Omega$ : $\Omega$ > 1 ili $\Omega$ < 1) ne mozhet byt' sushestvenno men'she habblovskogo rasstoyaniya. Vpolne vozmozhno, chto $\Omega$ =1, i mir ploskii (krivizna prostranstva ravna nulyu). Iz ur-nii dinamiki sleduet, chto dazhe esli parametr $\Omega$ dlya sovr. epohi i ne raven edinice, no lezhit v ukazannyh predelah, to, yavlyayas' f-ciei vremeni, on v proshlom byl tem blizhe k edinice, chem bolee rannyaya epoha rassmatrivaetsya. Schitaya znachenie $\Omega$ , zadannoe, napr., v plankovskuyu epohu, nachal'nym usloviem, prihoditsya postulirovat', chto v tu epohu s kolossal'noi tochnost'yu (~ 10^-60) vypolnyalos' ravenstvo $\Omega(t_{Pl})$ =1. K momentu t=1 c izmenenie znacheniya $\Omega$ ne moglo byt' bol'shim: $\Omega=1\pm 10^{-8}$ . Dr. slovami, s ogromnoi tochnost'yu dolzhen vyderzhivat'sya balans mezhdu kinetich. i potenc. energiyami rasshiryayushegosya veshestva. V protivnom sluchae v sovr. epohu znachenie $\Omega$ ne bylo by zaklyucheno v ukazannyh vyshe predelah.

Nakonec, tret'e sv-vo Vselennoi, k-roe ne nashlo eshe polnogo ob'yasneniya, est' ee harakternaya struktura v vide galaktik i ih skoplenii. Obrazovanie takoi struktury iz pervichnyh malyh vozmushenii plotnosti vozmozhno tol'ko pri opredelennoi amplitude i forme spektra pervichnyh vozmushenii. Eti parametry v ramkah standartnoi modeli takzhe prihoditsya postulirovat'.

Gipoteza inflyac. Vselennoi predpolagaet otkaz ot zakona rasshireniya R(t)~ t^1/2 v modeli goryachei Vselennoi na opredelennom etape evolyucii ochen' rannei Vselennoi. Soglasno M. i. V., na etape, predshestvuyushem obrazovaniyu barionnogo zaryada (sm. Barionnaya asimmetriya Vselennoi), rasshirenie proishodilo po zakonu, blizkomu k R(t)~ 1/Hexp (Ht). Konstanta H est' postoyannaya Habbla inflyac. stadii rasshireniya, ee znachenie zaklyucheno v predelah 10⁴² s^-1 > H > 10³⁶ c^-1, t.e. ono gigantski prevoshodit sovr. znachenie postoyannoi Habbla. Etot zakon rasshireniya mozhet byt' obespechen takimi sostoyaniyami fiz. polei, k-rye sootvetstvuyut ur-niyu sostoyaniya $p=-\varepsilon$ , t.e. otricat. davleniyu. Upomyanutuyu stadiyu rasshireniya naz. inflyacionnoi potomu, chto na nei masshtabnyi faktor i vmeste s nim fiz. rasstoyanie mezhdu lyuboi paroi tochek uvelichivaetsya, a plotnost' energii $\varepsilon$ ostaetsya postoyannoi [sm. ur-nie (10) v st. Kosmologiya]. Takoe neobychnoe povedenie okazyvaetsya vozmozhnym lish' pri otricat. davlenii. Sostoyanie s polozhit. energiei i otricat. davleniem neustoichivo. V hode dal'neishei evolyucii energiya $\varepsilon$ polya, obuslovivshego inflyac. stadiyu rasshireniya Vselennoi, prevrashaetsya v energiyu obychnyh chastic. Veshestvo i izluchenie priobretayut vysokuyu temp-ru i Vselennaya perehodit na radiacionno-dominirovannyi rezhim rasshireniya R(t)~ t^1/2. Pri dostatochnoi dlitel'nosti inflyac. stadii ves' ohvachennyi nablyudeniyami ob'em Vselennoi okazyvaetsya rezul'tatom rasshireniya edinstvennoi prichinno-svyazannoi oblasti doinflyac. epohi. Hotya eto obstoyatel'stvo samo po sebe eshe ne garantiruet sovr. krupnomasshtabnuyu odnorodnost' i izotropiyu, no sozdaet neobhodimye predposylki dlya ee realizacii, t.k. ishodnuyu prichinno-svyazannuyu oblast' estestvenno schitat' odnorodnoi i izotropnoi. Naryadu s etim na inflyac. stadii radius prostranstv. krivizny uvelichivaetsya nastol'ko, chto sovr. znachenie $\Omega$ avtomaticheski okazyvaetsya ves'ma blizkim k edinice. Vazhnym dostoinstvom M. i. V. yavl. vozmozhnost' vozniknoveniya fluktuacii plotnosti s opredelennymi amplitudoi i formoi spektra (t.n. ploskii spektr vozmushenii). Takoi spektr dopuskaet posleduyushee obrazovanie iz vozmushenii nablyudaemoi strukturnosti Vselennoi i vmeste s tem sohranyaet krupnomasshtabnuyu odnorodnost' i izotropiyu. Vozniknovenie vozmushenii plotnosti proishodit primerno po tem zhe prichinam, chto i rozhdenie chastic v intensivnom gravitac. pole ochen' rannei Vselennoi. Soglasno ryadu teoretich. rabot, M. i. V. pozvolyaet takzhe spravit'sya s trudnostyami v teorii polya, vyzyvayushego inflyac. stadiyu rasshireniya. Napr., udaetsya pokazat', chto chislo takih ekzotich. chastic, kak magnitnyi monopol', ne mozhet byt' veliko (etot vyvod soglasuetsya s nablyudeniyami). Soderzhashiisya v M. i. V. podhod k resheniyu problem kosmologii, ukazannyh vnachale, delaet etu model' ves'ma privlekatel'noi. Mozhno dumat', chto v kosmologii v toi ili inoi forme ideya rasshireniya po eksponencial'nomu zakonu kak vazhnoi stadii evolyucii Vselennoi sohranitsya. Krome togo, mozhno skazat', chto M. i. V. predlagaet takzhe otvet na vopros, pochemu rasshiryaetsya Vselennaya. Otvet sostoit v tom, chto pri dostatochno bol'shom otricat. davlenii (v chastnosti, pri $p=-\varepsilon$ ), soglasno obshei teorii otnositel'nosti, gravitac. sila imeet znak, protivopolozhnyi obychnomu [sm. f-lu (12) v st. Kosmologiya]. V etom sluchae gravitaciya vyzyvaet vzaimnoe ottalkivanie chastic, pomeshennyh v pole s $p=-\varepsilon$ . Rasshireniyu na inflyac. stadii sootvetstvuet uskorennoe udalenie chastic drug ot druga, t.k. uskorenie ${d^2(Ae^{Ht})\over {dt^2}}=+H^2 Ae^{Ht}$ polozhitel'no, a rasshirenie na radiacionno-dominirovannoi stadii - zamedlennoe, t.k. uskorenie ${d^2(B\sqrt{t})\over {dt^2}}={1\over{4}}\;{B\over{\sqrt{t^3}}}$ otricatel'no (zdes' A >0 i B >0 - konstanty).

Lit.:
Zel'dovich Ya. B., Pochemu rasshiryaetsya Vselennaya, "Priroda", 1984, 2, s. 66; Linde A. D., Vzduvayushayasya Vselennaya, "UFN", 1984, t. 144, v. 2, s. 177.

(L.P. Grishuk, Ya.B. Zel'dovich)

L. P. Grishuk, Ya. B. Zel'dovich, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Publikacii s klyuchevymi slovami: inflyacionnaya Vselennaya Publikacii so slovami: inflyacionnaya Vselennaya
Sm. takzhe: Razduvanie Vselennoi Inflyaciya, kvantovaya kosmologiya i antropnyi princip Vosplamenyayushayasya Vselennaya

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati