Элементы космологии



Скачать 497.1 Kb.
страница8/11
Дата05.05.2018
Размер497.1 Kb.
ТипКурс лекций
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
6. Проблемы теории расширяющейся Вселенной

Представление о расширяющейся Вселенной, как и всякая хорошая теория, решив проблемы стационарной модели, поставило перед исследователями свои вопросы. Как будет видно ниже, это фундаментальнейшие проблемы. От их решения зависит понимание того, почему Мир устроен так, как он устроен. Сформулируем некоторые из этих проблем.

1) Какова природа Большого Взрыва? Или почему, собственно, Вселенная расширяется? Что послужило толчком к ее расширению?

2) Проблема сингулярности. Формально при t  0   . Что означает эта бесконечность? Можно думать, что расходимость указывает на необходимость изменения наших представлений на соответствующих масштабах. Как они должны измениться?

3) Что было до сингулярности ("проклятый" вопрос о "сотворении" Мира)? Правомерно ли вообще формулировать этот вопрос?

4) Проблема поливариантности эволюции Вселенной. Уравнения допускают несколько вариантов развития Вселенной (строго говоря, бесконечное множество в зависимости от конкретного значения параметра ; из этого множества два подмножества образуют два принципиально разных сценария, в зависимости от того  > 1 или  < 1). В то же время Вселенная  объект с наибольшими возможными масштабами и мыслится как единственный экземпляр. Как понимать эту избыточность вариантов? Как указание на существование других Вселенных (мы живем в какой-то конкретной реализации Вселенной)? Вообще, чем определяется параметр ? Начальными условиями или какими-то фундаментальными причинами (в этом случае  не должно являться свободным параметром; должен быть рецепт для его расчета)?

5) Проблема критической плотности. Как видно, с учетом скрытой массы   0.6, то есть она весьма близка к единице. Это сам по себе примечательный факт. Величина , как плотность вещества во Вселенной, определяется по массам галактик. Критическая же плотность c находится из кинематических характеристик объектов во Вселенной. Почему же эти две величины оказались столь близки друг к другу? Более того, оказывается, что на ранних этапах эволюции Вселенной   1. В самом деле, интегрируя уравнение (2.38) Задачи № 5, находим:

,

где о и aо  константы интегрирования  значения соответствующих величин, скажем, на момент наблюдения. После подстановки последнего в уравнение (2.53) имеем:



.

Интегрируя его, получим



(2.39)

где K  константа интегрирования (аналог полной энергии).

Постоянная Хаббла через радиус Мира выражается следующим образом:

. (2.40)

С учетом сказанного соотношение (2.39) приводится к виду



. (2.41)

Или


(2.42)

На ранних этапах . Тогда правая часть (6.41) стремится к нулю при a  0, то есть   1 (для вещества   a3, и результат не меняется).

Что же приводит к столь точной компенсации кинетической и гравитационной энергий? Почему Мир (по крайней мере наш) плоский?

6) Проблема горизонта. РИ изотропно с большой степенью точности (крупномасштабная анизотропия связана с движением Галактики относительно Вселенной). Следовательно, смотрим мы в направлении А (рис. 32) или в противоположном направлении В, интенсивность его везде одинаковая (и так по всему небу). Поскольку РИ возникло на ранних этапах эволюции Вселенной, то это означает, что оно приходит к нам из областей, удаленных почти на радиус горизонта (расстояние до соответствующих областей , ). Одинаковость интенсивности РИ из разных точек означает, что условия в этих точках были одинаковыми. Но какой механизм мог выровнять эти условия, ведь расстояние между точками АВ , и для того, чтобы обменяться сигналами, нужны сверхсветовые скорости?

7) Проблема зарядовой асимметрии. В видимой части Вселенной вещество находится в форме вещества, и мы не наблюдаем проявлений заметного количества антивещества.

8) Выше отмечалось, что концентрация фотонов РИ во Вселенной . Отношение этой величины к концентрации барионов равно:



.

Что стоит за этим большим числом? Какова его природа?



9) Проблема размерности пространства. Почему наше пространство трехмерное?

Задача № 7. Исследовать устойчивость расширения Вселенной.

Решение: Ограничимся рассмотрением сферических возмущений в ньютоновском приближении . Предположим, что шар, вырезанный во Вселенной, получил приращение радиуса., равное , но при этом масса шара не изменилась, и плотность шара также осталась однородной. Тогда уравнение (2.1) принимает вид

,

где закон определяется, согласн . Для малых отсюда получим:

.

Здесь закон изменения плотности в невозмущенной Вселенной. Если ввести относительное возмущение , где  полная плотность с учетом возмущений, то уравнение для в случае плоского Миpa принимает вид:

.

Решение его ищется в виде . Растущее решение описывающее неустойчивость Мира:

,

где 0  некоторая константа. Это решение обобщает результат Джинса об устойчивости, покоящейся среды.

Выберем0 так, чтобы при . Тогда

. (2.43)

На. момент рекомбинации

. (2.44)
10) Проблема происхождения структуры Вселенной. На масштабах "ячеек" ( 100 Мпс), скоплений галактик, галактик и еще меньших современная Вселенная существенно неоднородная. Как сформировались эти структуры? Чтобы понять возникающие здесь трудности, обратимся к Задаче № 7. Согласно этой задаче с учетом расширения мира темп развития гравитационной неустойчивости оказывается весьма медленным. Если в покоящейся среде возмущения растут экспоненциально, то в расширяющейся  по степенному закону (2.43). В результате для того, чтобы дать наблюдаемые современные контрасты плотности , на стадии рекомбинации должны быть значительные флуктуации . Но такие флуктуации плотности проявились бы в РИ (как уже говорилось флуктуации фонового излучения ). Следовательно, простые схемы не могут объяснить образование структуры во Вселенной. Более того, непонятной остается природа этих флуктуаций, так как термодинамические флуктуации на много порядков меньше.

Каталог: web
web -> Литература Древняя Русь в «Слове о полку Игореве»
web -> Рабочая программа специальность 351500 математическое обеспечение и администрирование информационных систем статус дисциплины
web -> Проблемы становления и развития социального диалога на региональном уровне
web -> Форум образовательных инициатив национальный наблюдательный центр юневок центр кыргызстан
web -> Социальное партнерство в России: специфика или подмена понятий? Термины «социальное партнерство»
web -> История философии тема Философия как наука: предмет, социальная роль и место в культуре


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница