Фрактальная космология
В физической космологии фрактальная космология — это набор космологических теорий меньшинства , которые утверждают, что распределение материи во Вселенной или структура самой Вселенной представляет собой фрактал в широком диапазоне масштабов (см. Также: мультифрактальная система ). В более общем смысле это относится к использованию или появлению фракталов при изучении Вселенной и материи . Центральным вопросом в этой области является фрактальная размерность Вселенной или распределение материи внутри нее, измеренная в очень больших или очень малых масштабах. [1]
Фракталы в наблюдательной космологии
[ редактировать ]Первая попытка смоделировать распределение галактик с помощью фрактального узора была предпринята Лучано Пьетронеро и его командой в 1987 году. [2] Вселенной и более детальное представление о крупномасштабной структуре появилось в течение следующего десятилетия, когда число каталогизированных галактик росло. Пьетронеро утверждает, что Вселенная демонстрирует определенный фрактальный аспект в довольно широком диапазоне масштабов с фрактальной размерностью около 2. [3] Фрактальная размерность однородного трехмерного объекта будет равна 3 и 2 для однородной поверхности, тогда как фрактальная размерность фрактальной поверхности находится между 2 и 3.
Было обнаружено, что Вселенная однородна и изотропна (т.е. гладко распределена) на очень больших масштабах, как и ожидается в стандартной космологии Большого взрыва или космологии Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера , а также в большинстве интерпретаций лямбда -холодной темной материи. модель . Научная консенсуса интерпретация заключается в том, что Слоановский цифровой обзор неба (SDSS) предполагает, что ситуация действительно сглаживается выше 100 мегапарсек.
Одно исследование данных SDSS, проведенное в 2004 году, показало: «Спектр мощности не очень хорошо характеризуется единым степенным законом, но однозначно демонстрирует кривизну… тем самым забивая еще один гвоздь в гроб гипотезы фрактальной вселенной и любых других моделей, предсказывающих мощность». -закон мощности спектра». [4] Другой анализ светящихся красных галактик (LRG) в данных SDSS вычислил фрактальную размерность распределения галактик (в масштабах от 70 до 100 Мпк/ ч ) на уровне 3, что согласуется с однородностью, но что фрактальная размерность составляет 2 "что примерно соответствует 20 ч. −1 Мпк». [5] В 2012 году Скримджер и др. окончательно показал, что крупномасштабная структура галактик является однородной за пределами масштаба около 70 Мпк/ ч . [6]
Фракталы в теоретической космологии
[ редактировать ]В области теории первое появление фракталов в космологии, вероятно, связано с Андрея Линде . «Вечно существующей самовоспроизводящейся хаотической инфляционной Вселенной» [7] теория (см. теорию хаотической инфляции ) в 1986 году. В этой теории эволюция скалярного поля создает пики, которые становятся точками зарождения, которые заставляют раздувающиеся участки пространства превращаться в «пузырьковые вселенные», делая вселенную фрактальной в самых больших масштабах. Алана Гута 2007 года «Вечная инфляция и ее последствия» Статья [8] показывает, что эта разновидность теории раздувающейся Вселенной все еще серьезно рассматривается сегодня. Инфляция в той или иной форме широко считается нашей лучшей доступной космологической моделью.
С 1986 г. было предложено довольно большое количество различных космологических теорий, обладающих фрактальными свойствами. В то время как теория Линде показывает фрактальность в масштабах, вероятно, превышающих наблюдаемую Вселенную, такие теории, как причинно-следственная динамическая триангуляция [9] и асимптотический подход безопасности к квантовой гравитации [10] являются фракталами на противоположном полюсе, в области сверхмалых, близких к планковскому масштабу . Эти недавние теории квантовой гравитации описывают фрактальную структуру самого пространства-времени и предполагают, что размерность пространства меняется со временем . В частности, они предполагают, что реальность двумерна в масштабе Планка и что пространство-время постепенно становится четырехмерным в более крупных масштабах.
Французский математик Ален Конн уже несколько лет работает над согласованием общей теории относительности с квантовой механикой, используя некоммутативную геометрию . Фрактальность также возникает при таком подходе к квантовой гравитации. Статья Александра Хеллеманса в августовском номере журнала Scientific American за 2006 г. [11] цитирует Конна, который сказал, что следующим важным шагом на пути к этой цели является «попытка понять, как пространство дробных размеров взаимодействует с гравитацией». Работа Конна и физика Карло Ровелли [12] предполагает, что время является эмерджентным свойством или возникает естественным образом в этой формулировке, тогда как в причинной динамической триангуляции [9] Выбор тех конфигураций, в которых соседние строительные блоки имеют одно и то же направление во времени, является важной частью «рецепта». Однако оба подхода предполагают, что ткань пространства сама по себе является фрактальной.
См. также
[ редактировать ]
- Постулат инвариантного множества
- Крупномасштабная структура Вселенной
- Масштабная инвариантность
- Форма Вселенной
Примечания
[ редактировать ]- ^ Диккау, Джонатан Дж. (30 августа 2009 г.). «Фрактальная космология» . Хаос, солитоны и фракталы . 41 (4): 2103–2105. Бибкод : 2009CSF....41.2103D . дои : 10.1016/j.chaos.2008.07.056 . ISSN 0960-0779 .
- ^ Пьетронеро, Л. (1987). «Фрактальная структура Вселенной: корреляции галактик и скоплений». Физика А. 144 (2–3): 257–284. Бибкод : 1987PhyA..144..257P . дои : 10.1016/0378-4371(87)90191-9 .
- ^ Джойс, М.; Лабини, Ф.С.; Габриэлли, А.; Монтури, М.; Пьетронеро, Л. (2005). «Основные свойства кластеризации галактик в свете недавних результатов Слоановского цифрового обзора неба». Астрономия и астрофизика . 443 (11): 11–16. arXiv : astro-ph/0501583 . Бибкод : 2005A&A...443...11J . дои : 10.1051/0004-6361:20053658 . S2CID 14466810 .
- ^ Тегмарк; и др. (10 мая 2004 г.). «Трехмерный спектр мощности галактик по данным Слоановского цифрового обзора неба». Астрофизический журнал . 606 (2): 702–740. arXiv : astro-ph/0310725 . Бибкод : 2004ApJ...606..702T . дои : 10.1086/382125 . S2CID 119399064 .
- ^ Хогг, Дэвид В.; Эйзенштейн, Дэниел Дж.; Блэнтон, Майкл Р.; Бахколл, Нета А.; Бринкманн, Дж.; Ганн, Джеймс Э.; Шнайдер, Дональд П. (2005). «Космическая однородность продемонстрирована светящимися красными галактиками». Астрофизический журнал . 624 (1): 54–58. arXiv : astro-ph/0411197 . Бибкод : 2005ApJ...624...54H . дои : 10.1086/429084 . S2CID 15957886 .
- ^ Скримджер, М.; и др. (сентябрь 2012 г.). «Обзор темной энергии WiggleZ: переход к крупномасштабной космической однородности». Пн. Нет. Р. Астрон. Соц . 425 (1): 116–134. arXiv : 1205.6812 . Бибкод : 2012MNRAS.425..116S . дои : 10.1111/j.1365-2966.2012.21402.x . S2CID 19959072 .
- ^ Линде, AD (август 1986 г.). «Вечно существующая самовоспроизводящаяся хаотическая инфляционная вселенная». Физика Скрипта . 15 : 169–175. Бибкод : 1987PhST...15..169L . дои : 10.1088/0031-8949/1987/T15/024 .
- ^ Гут, Алан (22 июня 2007 г.). «Вечная инфляция и ее последствия». Дж. Физ. А: Математика. Теор . 40 (25): 6811–6826. arXiv : hep-th/0702178 . Бибкод : 2007JPhA...40.6811G . дои : 10.1088/1751-8113/40/25/S25 . S2CID 18669045 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Амбьерн, Дж.; Юркевич Ю.; Лолл, Р. (2005). «Реконструкция Вселенной». Физ. Преподобный Д. 72 (6): 064014. arXiv : hep-th/0505154 . Бибкод : 2005PhRvD..72f4014A . дои : 10.1103/PhysRevD.72.064014 . S2CID 119062691 .
- ^ Лаушер, О.; Рейтер, М. (2005). «Асимптотическая безопасность в квантовой гравитации Эйнштейна»: 11260. arXiv : hep-th/0511260 . Бибкод : 2005hep.th...11260L .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Хеллеманс, Александр (1 августа 2006 г.). «Геометр физики элементарных частиц» . Научный американец . 295 (2): 36–38. Бибкод : 2006SciAm.295b..36H . doi : 10.1038/scientificamerican0806-36 . ПМИД 16866285 . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Конн, А.; Ровелли, К. (1994). «Автоморфизмы алгебры фон Неймана и соотношение время-термодинамика». Сорт. Квантовая гравитация . 11 (12): 2899–2918. arXiv : gr-qc/9406019 . Бибкод : 1994CQGra..11.2899C . дои : 10.1088/0264-9381/11/12/007 . S2CID 16640171 .
Ссылки
[ редактировать ]- Рассем М. и Ахмед Э., «О фрактальной космологии», Astro. Физ. Летт. Коммун. (1996), 35, 311.