Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: The Evolution of the Universe

Эволюция Вселенной

Другие вопросы на которые как надеются ученые, теория струн сможет ответить связаны с тем, как Вселенная изменяется со временем.

Бранные вселенские сценарии, описанные ранее в этой книге, предлагают некоторые возможности, а также различные концепции мультивселенной.

Определенно, струнные теоретики надеются понять причину ускоренного расширения нашей вселенной, определенной темной материей и энергией.

Расширение продолжается: Вечная инфляция

Некоторые космологи упорно работали над теорией называемой вечной инфляцией, которая способствует идее огромной мультивселенной возможных вселенных, каждая с различными законами (или различными решениями одного и того же закона, если быть точным).

В вечной инфляции, островные вселенные возникают и исчезают по всей вселенной, порожденные квантовыми флуктуациями самой энергии вакуума.

Это многими рассматривается как еще одно доказательство ландшафта теории струн и применения антропного принципа.

Теория инфляции утверждает, что наша вселенная началась на холме (или выступе) потенциальных вакуумных энергий.

Вселенная началась быстрым скатыванием по склону холма - то есть наша Вселенная расширяется в геометрической прогрессии - пока мы не поселились в долине вакуумной энергии.

Вопрос на который вечная инфляция пытается дать ответ: Почему начали на том холме?

По-видимому, Вселенная началась со случайной начальной точки на спектре возможных энергий, так что это только удача, что мы были на холме и, в свою очередь, удача, что мы прошли верным путем и через нужное количество инфляционного расширения массы и энергии.

Или, поочередно, существует огромное количество возможностей, многие из которых возникают, и мы могли существовать только в тех, которые имеют конкретные начальные состояния.

(Это, в сущности, антропный аргумент.)

В любом случае частицы и силы нашей вселенной определяются начальным местоположением на том холме и законами физики, которые управляют тем как вселенная будет изменяться с течением времени.

В 1977 году Сидни Коулмен и Франк Де Лучче описали, как квантовые флуктуации раздувающейся Вселенной создают крошечные пузырьки в ткани пространства-времени.

Эти пузырьки можно рассматривать как маленькие самостоятельные вселенные (см. Главу 15).

В настоящее время, ключевым является то, что они действительно формируются.

Космолог Андрей Линд был одним из тех, кто настоятельно утверждал, что это открытие, в сочетании с инфляционной теорией Алана Гута, требует вечную инфляцию — создание обширного населения вселенных, каждая с немного отличающимися физическими свойствами.

К нему присоединились сам Гут и Александр Виленкин, который помог выработать ключевые аспекты теории.

Вечная модель инфляции говорит, что эти пузырьковые вселенные (Гут предпочитает термин “карманные вселенные”, в то время как Сасскинд называет их “островными вселенными”) возникают, так или иначе получая физические законы среди возможных, продиктованных ландшафтом теории струн (через некоторые пока еще неизвестные средства).

Пузырьковая вселенная затем подвергается инфляции.

Между тем, пространство вокруг нее продолжает расширяться — и она расширяется так быстро, что информация о раздувании вселенной пузырька никогда не может достигнуть другой вселенной.

Наша собственная вселенная является одной из этих пузырьковых вселенных, но той, которая давно закончила свою инфляционный период.

Скрытая материя и энергия

Две тайны нашей Вселенной-это темная материя и темная энергия (Глава 9 содержит основы об этих понятиях).

Темная материя-это невидимая материя, которая удерживает вместе звезды в галактиках, а темная энергия является невидимой вакуумной энергией, которая расталкивает разные галактики подальше друг от друга.

Теория струн предоставляет несколько возможностей для их обоих.

Струнный взгляд на темную материю

Теория струн предоставляет наиболее подходящего кандидата для темной материи в суперсимметричных частицах, которые необходимы чтобы заставить теорию работать, но которых ученые никогда не наблюдали.

Кроме того, вполне возможно, что темная материя так или иначе результат гравитационного влияния ближайших бран.

Вероятно, самое простое объяснение темной материи было бы обширным морем суперсимметричных частиц, находящихся внутри галактик, но мы не можем видеть их (предположительно, из-за некоторых неизвестных свойств этих новых частиц).

Суперсимметрия подразумевает, что каждая известная науке частица имеет супер партнера (см. главу 10 если вам нужно освежить память о суперсимметрии).

Фермионы имеют бозонных суперпартнеров, а бозоны имеют фермионных суперпартнеров.

Фактически, один из популярных кандидатов на недостающую темную материю - фотино суперпартнер фотона.

Компьютерное моделирование, как сообщается в журнале Nature за ноябрь 2008 года, предлагает один из возможных способов тестирования этой идеи.

Моделирование, выполненное исследовательской группой Международного Консорциума Девы, предполагает, что темная материя в гало галактики Млечный Путь должна производить определяемые уровни гамма-лучей.

По крайней, мере это моделирование указывает направление поиска таких явных признаков.

Другой возможный кандидат на темную материю происходит из различных бранных сценариев мира.

Хотя детали все еще должны быть разработаны, вполне возможно, что есть браны, которые перекрываются с нашей собственной 3-бранной.

Возможно, там где существуют галактики, есть гравитационные объекты, которые простираются в другие браны.

Поскольку гравитация это сила, которая может взаимодействовать через браны, вполне возможно, что эти гиперразмерные объекты создают дополнительную гравитацию в пределах нашей собственной 3 бране.

Наконец, 4-мерные теории струн, обсужденные в Главе 13, представляют еще одну возможность, потому что они требуют не только суперсимметрии, но и обширного семейства частиц помимо электрона, мюона и Тау-семейства в нашей нынешней стандартной модели.

Приведение теории струн к четырем измерениям, кажется, значительно расширяет количество частиц, которые физики ожидали бы найти во вселенной, и (если они существуют), они могли бы составлять темную материю.

Струнный взгляд на темную энергию

Еще более интригующей, чем темная материя это темная энергия, которая является положительной энергией, которая, кажется, пронизывает всю вселенную и является гораздо более распространеной, чем любая форма материи, но также и намного менее распространеной, чем предполагают физики.

Недавние открытия в теории струн позволили этой темной энергии существовать в теории.

Несмотря на то, теория струн предлагает некоторые возможности для темной материи, она предлагает меньшее объяснение темной энергии.

Теоретически, темная энергия должна быть объяснена значением энергии вакуума в физике элементарных частиц, где частицы все время создаются и уничтожаются.

Эти квантовые флуктуации растут безмерно, что приводит к бесконечным значениям.

(В Главе 8 я объясняю, что чтобы избежать этих бесконечных значений в квантовой теории поля, используется процесс перенормировки, который по существу округляет количество к небесконечному значению.

Его не следует рассматривать как благоприятный метод, за исключением того, что он работает.)

Тем не менее, когда физики пытаются использовать свои стандартные методы для вычисления значения энергии вакуума, они получают значение, которое отличается на 10 в 120 степени от экспериментального значения темной энергии!

Реальное значение невероятно маленькое, но не совсем нулевое.

Хотя количество темной энергии во вселенной огромно (по последним данным она составляет приблизительно 73 процента вселенной), интенсивность темной энергии очень мала — настолько мала, что до 1998 года ученые предполагали, что значение было равно нулю.

Существование темной энергии (или положительной космологической постоянной, в зависимости от того, как вы хотите рассматривать ее) не устраняет различные возможные решения, касающиеся физических законов теории струн.

Количество решений, которые включают темную энергию, может быть порядка 10в 500 степени.

Эта темная энергия отражает положительную энергию, встроенную в саму ткань вселенной, вероятно связанную с энергией самого вакуума.

Некая экпироти́ческая вселенная обладает преимуществом по инфляционной модели, потому что она предлагает причину того, почему мы могли бы наблюдать такое значение для темной энергии в нашей вселенной: это - часть циклической фазы, в которой мы находимся.

Время от времени в прошлом темная энергия, возможно, был сильнее, и порой, в будущем она может быть меньше

Для многих наличие такой причины ничуть не лучше удовлетворяет интеллектуально, чем отсутствие причины в других космологических моделях.

Она по-прежнему составляет случайное совпадение (или применения антропного принципа, как описано ниже в этой главе).

Вне экпироти́ческой вселенной, существует немного объяснений того, что происходит.

Проблема компенсации ожидаемой вакуумной энергии такого большого объема - достаточной чтобы почти, но не совсем, отменить ее — рассматривается многими физиками как вполне наблюдаемая.

Многие для объяснения предпочли бы обратиться к антропному принципу.

Другие, как бы помахивая белым флагом, признают, что темная энергия является слишком сложной задачей, чтобы ее понять.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145431

Переводчики: Irina73