: Using Inflation to Solve the Universe’s Problems of Flatness and Horizon

Оглавление

Сбросить всё

Английский оригинал	Перевод на русский
Сожалеем, но текст оригинала доступен только зарегистрированным пользователям.	Использование инфляции для решения проблем плоскостности и горизонта вселенной ilves_ArtO 03.09.14 в 10:54 0
	В то время как учёные пытались понять вселенную, оставалось две главные проблемы: проблема плоскостности и проблема горизонта. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:54 0
	Для решения этих проблем теория большого взрыва была модифицирована инфляционной теорией, которая утверждает, что краткое время после создания вселенная быстро расширялась. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:54 0
	В настоящее время принципы, лежащие в основе инфляционной теории, оказывают серьёзное влияние на то, как теория струн выглядит в глазах многих физиков, что станет ясно в главе 14. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:54 0
	Эти две проблемы можно сформулировать следующим образом: ilves_ArtO 03.09.14 в 10:54 0
	• Проблема горизонта: космическое микроволновое фоновое излучение во всех направления имеет практически одну и ту же температуру. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:54 0
	• Проблема плоскостности: вселенная, по-видимому, имеет плоскую геометрию. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:54 0
	Проблемы вселенной: слишком далеко и слишком плоско ilves_ArtO 03.09.14 в 10:55 0
	Проблема горизонта (также иногда называемая проблемой однородности) заключается в том, что не имеет значения, в каком направлении вы будете смотреть на вселенную - по сути вы увидите одно и то же (см. рис. 9-3). ilves_ArtO 03.09.14 в 10:55 0
	Температура реликтового излучения по всей вселенной, согласно измерениям очень высокой точности, практически одна и та же во всех направлениях. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:55 0
	Такого и впрямь не должно быть, если подумать об этом более тщательно. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:55 0
	Если вы смотрите в космос в каком-либо направлении, на самом деле вы смотрите в прошлое. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:56 0
	Свет, который достигает ваших глаз (или телескопа), передвигается со скоростью света, так что он был испущен годы назад. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:56 0
	Это значит, что существует граница в 14 миллиардов (приблизительно) световых лет во всех направлениях. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:56 0
	(Фактически граница расположена дальше, так как пространство расширяется, но в рамках данного примера это можно проигнорировать.) ilves_ArtO 03.09.14 в 10:57 0
	Если что-то и находится дальше этой черты, то для нас нет никакой возможности получить об этом информацию. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:57 0
	Так что вы подыскали мощный телескоп и теперь можете смотреть на реликтовое излучение, произведённое 14 миллиардов световых лет назад (назовём это точкой А). ilves_ArtO 03.09.14 в 10:57 0
	Если теперь вы взглянете на расстояние в 14 миллиардов световых лет в противоположном направлении (назовём это точкой B), то увидите точно такое же реликтовое излучение. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:57 0
	Вполне нормально, что вы будете считать, что всё космическое микроволновое фоновое излучение во вселенной как-то рассеялось по всей вселенной, подобно распространению тепла от раскалённой печки. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:58 0
	Каким-то образом существует связь тепловой информации в точках А и B. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:58 0
	Но точки A и B находятся на расстоянии в 28 миллиардов световых лет, а это значит, так как никакой сигнал не может распространяться быстрее скорости света, что нет способа, как эти точки могли бы сообщиться друг с другом за всё время существования вселенной. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:58 0
	Как получилось, что они имеют одинаковую температуру, если тепло не может быть передано между ними? ilves_ArtO 03.09.14 в 10:59 0
	Это и есть проблема горизонта. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:59 0
	Проблема плоскостности имеет дело с геометрией нашей вселенной, которая, как кажется (особенно в связи с последними данными космического аппарата WMAP), является плоской, как изображено на рис. 9-2. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:59 0
	Плотность материи и скорость расширения вселенной кажутся практически идеально сбалансированными даже спустя 14 миллиардов лет, когда незначительные возмущения должны были бы уже значительно вырасти. ilves_ArtO 03.09.14 в 10:59 0
	И так как этого не случилось, физикам требуется объяснение, почему начальные незначительные возмущения не усилились во много раз. ilves_ArtO 03.09.14 в 11:00 0
	Существовали ли вообще возмущения? ilves_ArtO 03.09.14 в 11:00 0
	Разрастались ли они в крупномасштабные возмущения? ilves_ArtO 03.09.14 в 11:00 0
	Случилось ли что-то такое, что сгладило их? ilves_ArtO 03.09.14 в 11:01 0
	Проблема плоскостности ищет причину того, почему вселенная имеет такую идеально выглядящую плоскую геометрию. ilves_ArtO 03.09.14 в 11:01 0
	Быстрое раннее расширение содержит решение ilves_ArtO 03.09.14 в 12:11 0
	В 1980 г. астрофизик Алан Гут предложил инфляционную теорию для решения проблем горизонта и плоскостности (хотя позднее потребовались уточнения, сделанные Андреем Линде, Андреасом Альбрехтом, Полом Стейнхардтом и другими, чтобы теория заработала). ilves_ArtO 03.09.14 в 12:11 0
	Согласно этой модели, расширение вселенной на ранней стадии существования происходило намного быстрее, чем мы наблюдаем сегодня. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:11 0
	Оказывается, что инфляционная теория решает как проблему плоскостности, так и проблему горизонта (по крайней мере удовлетворяюще для большинства космологов и астрофизиков). ilves_ArtO 03.09.14 в 12:12 0
	Проблема горизонта решается следующим образом: вначале различные области, которые мы наблюдаем, находились достаточно близко друг к другу для взаимодействия, однако во время инфляции пространство расширялось так быстро, что эти близкие регионы были разбросаны по всей видимой вселенной. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:12 0
	Проблема плоскостности решается, так как процесс инфляции фактически делает вселенную плоской. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:12 0
	Представьте не надутый воздушный шарик, на котором есть все виды складок и других неровностей. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:12 0
	Когда шарик надувается, поверхность разглаживается. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:12 0
	Согласно инфляционной теории, то же самое происходит и с тканью вселенной. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:12 0
	Вдобавок к решению проблем горизонта и плоскостности, инфляция также предоставляет основу для структуры, которую мы сегодня видим во вселенной. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:13 0
	Крошечные вариации энергии в процессе инфляции, как просто объясняется принципом квантовой неопределённости, становятся источником для скопления материи, в конце концов превращаясь в галактики и скопления галактик. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:14 0
	Одна из проблем инфляционной теории заключается в том, что точный механизм, который стал причиной начала - а затем и конца - периода инфляции, неизвестен. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:15 0
	Многие технические стороны инфляционной теории остаются без ответа, хотя модели включают в себя скалярное поле, названное инфляционным полем и соответствующее теоретической частице под названием инфлатон. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:15 0
	Большинство космологов сегодня полагают, что некая форма инфляции, вероятно, имела место в ранней вселенной. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:15 0
	Некоторые разновидности этой модели и альтернативные ей предлагаются приверженцами теории струн и другими физиками. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:15 0
	Два создателя теории инфляции, Андреас Альбрехт и Пол Дж. Стейнхардт, также работали над альтернативными теориями. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:15 0
	В главе 14 можно увидеть экпиротический сценарий Стейнхардта, а в главе 19 - космологическую теорию Альбрехта с переменной скоростью света. ilves_ArtO 03.09.14 в 12:16 0