Инфляционная эпоха
| Часть серии о |
| Физическая космология |
|---|
 |
В физической космологии инфляционная эпоха — это период в эволюции ранней Вселенной, когда, согласно теории инфляции , Вселенная претерпела чрезвычайно быстрое экспоненциальное расширение . Это быстрое расширение увеличило линейные размеры ранней Вселенной как минимум в 10 раз. 26 (и, возможно, в гораздо больший раз), и таким образом увеличил свой объём как минимум в 10 раз. 78 . Расширение в 10 раз 26 эквивалентно расширению объекта на 1 нанометр (10 −9 м , примерно половина ширины молекулы ДНК ) световых в длину примерно 10,6 лет (около 62 триллионов миль).
Описание
[ редактировать ] |
Состояние вакуума — это конфигурация квантовых полей, представляющая локальный минимум (но не обязательно глобальный минимум) энергии.
Инфляционные модели предполагают, что примерно на уровне 10 −36 Через несколько секунд после Большого взрыва вакуумное состояние Вселенной отличалось от наблюдаемого в настоящее время: инфляционный вакуум имел гораздо более высокую плотность энергии.
Согласно общей теории относительности , любое состояние вакуума с ненулевой плотностью энергии порождает силу отталкивания, которая приводит к расширению пространства. В инфляционных моделях раннее высокоэнергетическое вакуумное состояние вызывает очень быстрое расширение. Это расширение объясняет различные свойства нынешней Вселенной, которые трудно объяснить без такой инфляционной эпохи.
Большинство инфляционных моделей предлагают скалярное поле, называемое полем инфлатона , со свойствами, необходимыми для существования (по крайней мере) двух вакуумных состояний.
Точно неизвестно, когда закончилась инфляционная эпоха, но считается, что это было между 10 −33 и 10 −32 секунд после Большого взрыва. Быстрое расширение пространства означало, что любые потенциальные элементарные частицы (или другие «нежелательные» артефакты, такие как топологические дефекты), оставшиеся со времен до инфляции, теперь были очень тонко распределены по Вселенной.
Когда поле инфлатона переконфигурировалось в низкоэнергетическое вакуумное состояние, которое мы наблюдаем в настоящее время, огромная разница в потенциальной энергии была высвобождена в виде плотной горячей смеси кварков, антикварков и глюонов, когда она вошла в эпоху электрослабости .
Обнаружение посредством поляризации космического микроволнового фонового излучения
[ редактировать ]Одним из подходов к подтверждению инфляционной эпохи является прямое измерение ее влияния на космическое микроволновое фоновое (CMB) излучение. Реликтовый фон очень слабо поляризован (до уровня нескольких мкК ) в двух разных режимах, называемых E -модой и B -модой (по аналогии с E -полем и B -полем в электростатике ). Поляризация E -моды возникает в результате обычного томсоновского рассеяния : [1] но B -режим может быть создан двумя механизмами:
- от гравитационного линзирования E -мод; или
- от гравитационных волн, возникающих в результате космической инфляции.
Если можно будет измерить поляризацию B -моды гравитационных волн, это предоставит прямые доказательства, подтверждающие космическую инфляцию, и может исключить или поддержать различные модели инфляции, основанные на обнаруженном уровне.
17 марта 2014 года астрофизики коллаборации BICEP2 объявили об обнаружении поляризации B -моды, приписываемой гравитационным волнам , связанным с инфляцией , которые, по-видимому, поддерживали космологическую инфляцию и Большой взрыв . [2] [3] [4] [5] [6] однако 19 июня 2014 года они снизили уровень уверенности в том, что измерения в B -режиме на самом деле были связаны с гравитационными волнами, а не с фоновым шумом пыли. [7] [8] [9]
На космическом корабле «Планк» имеются приборы, измеряющие реликтовое излучение с высокой степенью чувствительности (57 нК). После вывода BICEP ученые обоих проектов работали вместе над дальнейшим анализом данных обоих проектов. Этот анализ с высокой степенью уверенности пришел к выводу, что исходный сигнал BICEP может быть полностью приписан пыли в Млечном Пути и, следовательно, не предоставляет доказательств, так или иначе подтверждающих теорию инфляционной эпохи. [10] [11] [12] [13]
См. также
[ редактировать ]- Инфляция (космология) - Теория быстрого расширения Вселенной
- Большой взрыв – Физическая теория
- Хронология Вселенной – История и будущее Вселенной
Примечания
[ редактировать ]- ^ Тицчан, С.; Батеби, С.; Хагигат, М.; Мохаммади, Р. (2016). «Поляризация космического микроволнового фона в некоммутативном пространстве-времени» . Европейский физический журнал C . 76 (9): 478. arXiv : 1605.09045 . Бибкод : 2016EPJC...76..478T . doi : 10.1140/epjc/s10052-016-4312-5 . S2CID 123613107 .
- ^ «Обнародованы результаты BICEP2 за 2014 год» (Пресс-релиз). Национальный научный фонд . 17 марта 2014 года . Проверено 18 марта 2014 г.
- ^ Клавин, Уитни (17 марта 2014 г.). «Технологии НАСА рассматривают рождение Вселенной» (Пресс-релиз). НАСА . Проверено 17 марта 2014 г.
- ^ До свидания, Деннис (17 марта 2014 г.). «Обнаружение волн в космосе подкрепляет важнейшую теорию Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 17 марта 2014 г.
- ^ Аде, Пенсильвания; Айкин, RW; Баркац, Д.; Бентон, SJ; Бишофф, Калифорния; Бок, Джей-Джей; и др. (Сотрудничество BICEP2) (17 марта 2014 г.). «BICEP2 I: Обнаружение поляризации B -моды в градусно-угловых масштабах» (PDF) . Письма о физических отзывах . 112 (24): 241101. arXiv : 1403.3985 . Бибкод : 2014PhRvL.112x1101B . doi : 10.1103/PhysRevLett.112.241101 . ПМИД 24996078 . S2CID 22780831 . Архивировано из оригинала (PDF) 17 марта 2014 года.
- ^ Войт, Питер (13 мая 2014 г.). «Новости БИЦЭП2» . Даже не неправильно . Колумбийский университет . Проверено 19 января 2014 г.
- ^ Прощай, Деннис (19 июня 2014 г.). «Астрономы опасаются заявлений об обнаружении Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 20 июня 2014 г.
- ^ Амос, Джонатан (19 июня 2014 г.). «Космическая инфляция: уверенность в сигнале Большого взрыва снижена» . Новости Би-би-си . Проверено 20 июня 2014 г.
- ^ Аде, Пенсильвания; и др. (Сотрудничество BICEP2) (19 июня 2014 г.). «Обнаружение поляризации B -моды в градусно-угловых масштабах с помощью BICEP2». Письма о физических отзывах . 112 (24): 241101. arXiv : 1403.3985 . Бибкод : 2014PhRvL.112x1101B . doi : 10.1103/PhysRevLett.112.241101 . ПМИД 24996078 . S2CID 22780831 .
- ^ Адам, Р.; Аде, Пенсильвания; и др. (Сотрудничество Планка) (2016). «Промежуточные результаты Планка. XXX. Угловой спектр мощности излучения поляризованной пыли на средних и высоких галактических широтах». Астрономия и астрофизика . 586 (133): А133. arXiv : 1409.5738 . Бибкод : 2016A&A...586A.133P . дои : 10.1051/0004-6361/201425034 . S2CID 9857299 .
- ^ Овербай, Д. (22 сентября 2014 г.). «Исследование подтверждает критику открытия Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 22 сентября 2014 г.
- ^ Коуэн, Рон (30 января 2015 г.). «Открытие гравитационных волн официально мертво». Природа . дои : 10.1038/nature.2015.16830 . S2CID 124938210 .
- ^ Аде ПАР; и др. (BICEP2/Сотрудничество Кека и Планка) (2015). «Совместный анализ массива BICEP2/Keck и данных Planck». Письма о физических отзывах . 114 (10): 101301. arXiv : 1502.00612 . Бибкод : 2015PhRvL.114j1301B . doi : 10.1103/PhysRevLett.114.101301 . ПМИД 25815919 . S2CID 218078264 .
Ссылки
[ редактировать ]- Гут, Алан Х. (1998). Инфляционная Вселенная: поиск новой теории космического происхождения . Винтаж. ISBN 978-0-09-995950-2 .
- Грин, Брайан (2005). Ткань космоса: пространство, время и текстура реальности . Penguin Books Ltd. Бибкод : 2004fcst.book.....G . ISBN 978-0-14-101111-0 .
