*846. Происхождение Вселенной

[Макс Тегмарк]

https://postnauka.ru/video/27821
Физик о флуктуациях в ранней Вселенной, темной энергии и теории инфляции
23 июня 2014

Какие открытия и технологии позволили космологии стать точной и основанной на данных? Какие параметры необходимо заложить в стандартную космологическую модель, чтобы получить согласие с экспериментом? Профессор Массачусетского технологического института Макс Тегмарк в рамках проекта Serious Science, созданного командой ПостНауки, рассказывает, как теория космической инфляции решает проблемы начала Вселенной.

Начнем с рассмотрения реликтового излучения, а именно с определения того, насколько Вселенная была клочковата, неоднородна 400 000 лет спустя после Большого взрыва — эти флуктуации на уровне 10-5. Небо горячее в одних направлениях и холоднее в других. Мы можем заложить эту информацию в программы для по-настоящему больших компьютеров и попытаться предсказать, насколько неоднородной будет Вселенная в более поздние эпохи, когда галактики уже образовались, а также каковы эти неоднородности. Тогда мы сможем сравнить полученные результаты с тем, что мы в действительности видим, когда делаем трехмерные карты распределения галактик с помощью телескопов. Результаты этого сравнения были весьма успешными.

Одно из этих чисел — плотность атомов, еще одно характеризует, как много существует темной материи, еще одна величина — сколько существует темной энергии, еще одно число говорит, насколько ранняя Вселенная была неоднородной, еще одно — это отношение количества больших неоднородностей к малым. Это весьма примечательно, что мы смогли описать многие гигабайты данных с помощью всего нескольких чисел. Это наибольший успех точной космологии на данный момент, и это причина, почему мы достаточно уверенно можем говорить, что существует темная энергия и темная материя, а также знаем, сколько их.

Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что Вселенная не может быть абсолютно однородной, должны быть небольшие отклонения. Но эти флуктуации имеют размер намного меньше атома, какое отношение они могут иметь к галактикам? Замечательная идея теории инфляции заключается в том, что в это время пространство увеличивалось в размере вдвое много раз, пока малый масштаб этих флуктуаций не растянулся до размеров, превышающих галактические. Также эта теория предсказывает, что эти неоднородности, которые в конце концов привели к формированию галактик и нас, происходят из квантовых флуктуаций, из микромира. Это замечательная связь между наименьшими и наибольшими масштабами во Вселенной.

Источник видео: http://serious-science.org/

профессор физики в Массачусетском технологическом институте

[Юрий Сухов]

https://lenta.ru/articles/2016/11/07/falsevacuum/
00:07, 7 ноября 2016

Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную

Космологические пузыри (в представлении художника)
Кадр: Perimeter Institute for Theoretical Physics / YouTube

Самым невероятным концом света стало бы уничтожение мира в результате распада ложного вакуума. В этом случае не только люди, планета, Солнце и Млечный Путь, но и вся наблюдаемая Вселенная прекратили бы свое существование. Таким будущим человечество не раз пугали ученые, в частности философ Ник Бостром, автор работы «Живете ли вы в компьютерной симуляции?». Насколько опасен истинный вакуум для жизни на Земле — в материале «Ленты.ру».

Вакуум в квантовой теории поля отвечает состоянию системы с минимально возможной энергией. Все физические процессы в таком мире происходят с энергиями, превышающими это принимаемое за нулевое значение. Между тем не исключено, что Вселенная или ее наблюдаемая часть находится в метастабильном, или ложном, вакууме. Это означает, что существует еще более выгодное энергетическое положение, в которое может эволюционировать Вселенная — истинный вакуум.

Количественное описание перехода системы из ложного вакуума в истинный впервые предложили в 1970-х годах советские физики. Почти в то же время эти вопросы привлекли внимание американских ученых. К настоящему времени разработан математический аппарат, позволяющий оценить вероятность туннелирования системы из первоначального, метастабильного состояния во второе, более устойчивое. Во многом он основан на статистической физике и квантовой теории поля, составляющими основу так называемого формализма космологических пузырей.

Млечный Путь
Фото: NASA / Reuters

В таком подходе считается, что наблюдаемый мир существует в ложном вакууме. Это состояние, скорее всего, носит метастабильный характер — вся Вселенная или та ее часть, которую видит человек, может находиться в стабильном состоянии огромный по космологическим масштабам промежуток времени, который, однако, конечен. Внутри пузыря ложного вакуума может возникнуть пузырь истинного вакуума. Эволюция Вселенной в этом случае происходит за счет распада первоначального метастабильного состояния.

Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира. Поэтому и говорят о возможной гибели наблюдаемой Вселенной. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью.

Главное, что необходимо сделать, — это оценить вероятность рождения пузыря новой космологической фазы. Есть два основных подхода, позволяющих максимально упростить задачу и получить явные выражения для вероятности перехода — приближения тонкой и толстой стенок. В качестве базового объекта выступает потенциал Хиггса (иначе — Гинзбурга-Ландау) Стандартной модели — современной концепции физики элементарных частиц. В нем присутствует поле Хиггса, ответственное за возникновение у частиц инертной массы.

Образованию пузыря истинного вакуума в пузыре ложного соответствует фазовый переход первого рода, когда система претерпевает скачкообразное, а не непрерывное, как в фазовом переходе второго рода, изменение. Главное в обоих приближениях — высота потенциального барьера, разделяющего ложный и истинный вакуум. Приближение тонкой стенки работает, когда различие между ложным и истинным минимумами потенциала намного меньше высоты барьера между ними.

Если толщина стенок намного меньше радиуса пузыря, основной вклад в вероятность его рождения вносит поверхностная, а не объемная энергия. Определение вероятности при этом сводится к вычислению показателя экспоненты. Приближение толстой стенки гораздо реже используется в физически интересных теориях. И понятно почему: в этом случае вероятность образования пузырьков новой фазы оказывается экспоненциально подавленной — ложный вакуум практически неотличим от истинного.

Джет в окрестностях черной дыры (в представлении художника)
Фото: Nasa / Reuters

Вероятность туннелирования зависит от квантовых поправок в потенциал Хиггса, в частности от вклада тяжелых частиц. В настоящее время самой тяжелой элементарной частицей считается топ-кварк — его масса превышает 173 гигаэлектронвольт. Именно поэтому открытия новых тяжелых частиц так важны для космологических моделей — это может повлиять на прогнозы стабильности наблюдаемого мира.

Особая роль в распаде вакуума у гравитации — кривизны пространства-времени. В частности, микроскопические черные дыры, которые могут возникать при столкновениях частиц высоких энергий, в сотни раз повышают вероятность рождения в их окрестностях пузырей с истинным вакуумом. Динамика космологических пузырей еще сложнее, если внутри первоначальной Вселенной формируется несколько пузырей — расширяясь и сталкиваясь друг с другом, они создают новый мир с истинным вакуумом.

Сегодня неизвестно, в каком состоянии находится Вселенная. Если это истинный вакуум, то волноваться не о чем. Если ложный, то, скорее всего, тоже — размеры наблюдаемой Вселенной слишком велики, чтобы новый пузырь, расширяющийся со скоростью света, в сколь-нибудь разумное по меркам человека время заполнил весь мир. Однако есть исключение — если новая фаза каким-либо образом возникнет в непосредственной близости от человечества. Тогда Земля может погибнуть практически мгновенно.

[М. Астров]

https://docs.yandex.ru/docs/view?url...=05.pdf&nosw=1
Знание - сила № 5 май 1939 год

[М. Астров]

[М. Астров]

[М. Астров]

[Б.А.Воронцов-Вельяминов]

https://docs.yandex.ru/docs/view?url...ocr.pdf&nosw=1
Знание - сила №5 май 1948 год

[Б.А.Воронцов-Вельяминов]

[Б.А.Воронцов-Вельяминов]

[Б.А.Воронцов-Вельяминов]