Scale uralkodó az univerzum
Egy korábbi cikkben (TRV №79), a hozzájárulása Andreya Dmitrievicha Saharova kozmológia, ez volt a barion aszimmetria a világegyetem és az ő úttörő munkát ebben a témában. Most beszélünk korábban is úttörő munkát, melyet elméletileg megjósolt hatás később megkapta a nevét „Szaharov rezgések”. Mindkét dolgozni, hogy bizonyos mértékig idő előtt, mindkettőt amely részben téves feltételezéseken, de mégis igaz, elvileg a két volt messzemenő fejlődés szempontjából az elkövetkezendő évtizedekben.
Az az anyag eloszlása a mai univerzum inhomogén díjtételek legfeljebb körülbelül 100 Mpc (300 millió fényév). Úgy néz ki, mint egy hatalmas fagyott hab típusú áramköri Windows telepítéséhez használt: majdnem üres hólyagok (úgynevezett üregek) és a fal. Amennyiben nem ez a szerkezet? Egyértelmű, hogy ez - az eredmény a gravitációs instabilitás - ugyanaz, ami miatt a felhők kozmikus gáz- és porfelhők lecsapódik a csillagok. Hosszú megnyitása előtt Ya. B. Zeldovich elméletileg azt mutatta, ez a struktúra, hogy a gravitációs instabilitás a korai világegyetemben, hogy ez egy hab (átfedő „palacsinta” terminológia Zeldovich kollégái) eredményeként a növekedés kezdeti sűrűségű zavarások tisztázatlan csak annak hatálya alá. A valós kép vezethető csak a végén a 80-as években, amikor a „hab” rajzolt háromdimenziós térképek A felmérés szerint a galaxishalmaz. De a fő kérdés továbbra is az: mi az eredeti zavarások kondenzált „hab” nagy léptékű szerkezete az univerzum?
feltételezések AD ebben a tanulmányban a következők:
- A kezdeti sűrűsége zavarások a korai világegyetem természetének kvantum ingadozások. Ez a feltételezés volt, és még ma is az alapja a kozmológia.
Az első pillanatokban Physics
Mi történik az elsődleges zavar során az univerzum tágulását? Válnak akusztikus hullámok halad a hangsebesség, részt vesz a teljes bővítése. Köztudott, hogy mi a hangsebesség a nagyon korai univerzumban: a / √ (3), ahol c - a fény sebessége. Ez az eredmény az úgynevezett ultra állapotegyenlet, amikor a nyomás a közeg egyenlő egyharmada az energiasűrűség, p = ε / 3. Ez utóbbi magában foglalja a többi energia a részecskék, így a kis sűrűségű gáz a hideg, és így lassú, részecskék sokkal kisebb, mint a nyomás energiasűrűség és a hang terjedési sebessége sokkal kisebb, mint a fénysebesség. Ezzel szemben, "ultrarelativistic állapotegyenlet akkor jelentkezik, ha a közeg részecskéi mozgatni sebességgel közel a fénysebesség.
A forró Univerzum ultrarelativistic állapotegyenletre tartott sokáig - mintegy 300 ezer éve .. Az első frakció a második azt alátámasztja az a tény, hogy az összes mozgó részecskék közel a fény sebessége miatt a magas hőmérséklet. Ezután a hőmérséklet csökken úgy, hogy a protonok nem relativisztikus (mozgó lényegesen lassabb, mint a fény sebessége). Azonban éget, megsemmisült az antiproton, számuk csökkent kilenc nagyságrenddel (lásd. A korábbi cikket TRV-H № 79). További másodpercben az univerzum uralják fotonok és anyagtalan fény elektronokat és ugráshoz. Az utóbbi szintén megsemmisítik egymást, amikor válnak a nem relativisztikus, az elektronok is egy milliárdod korábbi számokat. Továbbá, egy olyan világban domináló fotonok energia sűrűsége. A protonok és nehéz ugyan, de egy milliárd szer kisebb - sok foton támogatja ultrarelativistic állam mintegy 300 ezer éve .. . Ugyanakkor, 370 ezer évvel az ősrobbanás után, volt egy másik fontos esemény, de ez - később.
A hideg univerzum működésének teljesen más a fizika, amely szintén a ultrarelativistic állapotegyenlet, de csak az első másodperc töredéke alatt. Ez egy tisztán kvantummechanikai értelemben ez alapján a Pauli-elv, amely megtiltja a két proton vagy két elektront, hogy ugyanabban a kvantummechanikai állapot.
Ugyanez az elv nem ad minden elektronok egy atom ülni energiatartalma alacsonyabb. A sűrű gáz Pauli-elv is okoz elektronok megosztott különböző energiákkal (pontosabban a lendület iránya, ami szintén fontos).
Ha a hőmérséklet egyenlő nullával, a részecskék egyenletesen kitöltse a kötet egy gömb a lendület térben. Az ilyen részecskéket nevezzük gáz-degenerált Fermi gáz, és a maximális részecske energia, amely alatt a teljes térfogatot fázis, - a Fermi energia. Minél nagyobb a sűrűség, annál nagyobb a Fermi energia. Ha a Fermi energia sokkal több energiát részecske többi, van p = ε / 3, még nulla hőmérsékleten.
Ábra. 1. Térkép CMB ingadozások űrhajó WMAP után kapott háttérlevonás és dipólus komponensét. Ez utóbbi elsősorban a Doppler-effektus a mozgás a napenergia rendszer. Háttér vonni elsősorban a Galaxy és az egyes extragalaktikus forrásokból. Ingadozások átlagához képest szintjét CMB alacsony - mindössze 10 -5 a nagyságrend. Kép: „Troitsky változat”
Miután egy másodperc töredéke alatt a rajt után a hideg az univerzum tágulását kevesebb, mint a Fermi energia a proton tömege, és a hangsebesség csökken szinte nulla.
Általában tekintve akusztika, a kezdeti szakaszában a terjeszkedés a hideg és meleg univerzum minőségileg hasonló: az állapotegyenlet megegyezik a hang sebessége ugyanaz, és itt-ott egy átmenet a nem-relativisztikus állapotegyenlet, de egy egészen más időben.
állóhullámok
Így volt az első kvantum primordiális sűrűségű ingadozások. Úgy kezdett terjedni az egész univerzumban hanghullámok sebességgel összemérhető a fény sebességét.
Bármilyen ingadozások engedelmeskedik lineáris differenciálegyenletek, akár hang vagy fény, könnyen átterjedhet különböző hullámhosszúságú, és nézd egyénileg, mi történik mindegyik.
Kezdeni, tegyük fel, hogy egy bizonyos univerzum hirtelen megjelent, hogy általában homogén, de a lokális zavarások? és nem bővíti ki (ez belsőleg vegyes képet, de mi azt csak illusztráció). Kezdeti heterogenitás mintha kaotikus (random) átalakul hullámok különböző hosszúságú összecsukható egy kaotikus képet. A spektrum a ezek a hullámok tetszőleges időben nagyjából megismétli a spektrum a kezdeti perturbáció, káosz káosz. De talán még érdekesebb a helyzet: álló hullámok is.
Egy példa az álló hullámok - rezgéseit a string egy gitárt. A teljes karakterláncot egy időben egyenirányítja egy negyed időszakban maximálisan hajlítva, majd ismét teljesen finomított és m. N. Ha a string „stoyachest” oszcillációk, feltéve, rögzített végei. Egy másik példa: állóhullámok közel a betonfal rakpart a kikötőben. Hasonlóképpen, az ugyanazon a helyen, akkor vannak olyan magas hullámok, a víz felszínén simítjuk. Nincs rögzített vége, de van egy visszavert hullám, amely összegezte a szembejövő ad állóhullámok.
Kiderül, hogy akkor kap egy álló hanghullámok az egész univerzumban. A legegyszerűbb lehetőség van (bár nem az egyetlen) - megköveteli, hogy minden kezdeti zavarának az Univerzum statikus, azaz a kezdeti sebesség az ügy voltak nulla ... Ezután az összes kapott hullámokat lehet osztani egymással szemben szimmetrikus pár síkhullámok - hullámok a fal mólón, és az összeg megadja állóhullámok, szinkron fading és nőnek fel az egész hely. Ennek tesztelésére magam, kellő ismeretekkel az általános fizika és képes bontani a koszinusz az összeg két szög (lásd. Keretes).
Mi a minta a hang ingadozások sűrűsége a világegyetem esetében az állóhullámok? A még mindig úgy tűnik, kaotikus szem, de ha építeni spektrumát sűrűség ingadozása térben (erre a célra szükséges, hogy feltérképezzük a közepes sűrűségű az univerzumban van téve a Fourier-transzformáció), majd kiderült a csodálatos dolog: ez rendszeres!
Bármilyen kártya kezdeti zavarások bővíthető egy Fourier-sor, amelynek tagjai lesznek formájában síkhullámok: Ck cos (xk + φk), ahol x - koordináta, k - hullám vektor φk - fázisban. Megoldás a hullám egyenlet rezgéseket jól ismert: minden egyes tagja a bővítés fog egyezni a síkhullámok: Ck cos (xk - t + φk). Itt v - jelentése hullám oszcilláció, amely kapcsolatban van a hullám vektor révén a hang sebessége v: v = k v.
Ha a sebesség az anyag kezdetben nulla, akkor a kezdeti perturbációkat statikusak, azaz a. E., nem függ az időtől. Ebben az esetben, a hullámok sorolhatók szimmetrikus párban egymással ellentétes irányú hullám vektorok: 0,5 Ck cos (xk - TV + φk) + 0,5 Ck cos (-xk - tv - φk) (azaz Ck = Ck φk = ... - φk).
Valóban, amivel t = 0, megkapjuk az első tágulási, míg deriválva időt, megkapjuk nulla a t = 0 Végezetül, bővül a koszinusz összege két szög megkaphatják állóhullám formájában Ck cos (xk + φk) cos (TV), m. F .-hullám amplitúdójának egy adott frekvencia változik szinkron és szabályos időközönként a térben.
Spectrum inhomogenitások méretüktől függően L arányos cos (π V T / L), ahol T - az Univerzum korát (feltételezve, hogy a hang sebessége v független az időtől). Ez a kapcsolat, akkor becsülni a korát a világegyetem! Ugyanakkor a kereslet, hogy az összes kezdeti sűrűsége zavarások voltak statikus statikus univerzumban által feltalált bennünket, ebből nem következik.
Ahogy az egy táguló univerzum? A fő különbségek a következők:
- Mindegyik hullám vesz részt a terjeszkedés, és a hossza és a frekvencia megváltozik.
hullámok fagyasztva
A folyadék nyomása a világegyetemben, előbb-utóbb valamilyen T0 lesz sokkal kisebb, mint az energia sűrűsége és a hangsebesség viszonylag gyorsan esik a sorrendben. Akusztikus hullámok vannak fagyasztva sűrűség inhomogenitások, ahol szilárdultak lényegében egyidejűleg - függetlenül hullámhosszon. És ez a kép fagyott hullámok lehet próbálni, hogy ha valahogy sikerül eltávolítani a szabálytalanságok kártyát és tedd Fourier-sor.
Mit látunk? „Gyógyító” még mindig nem azonnali, így a hullámok időben átlagolt, míg a hangsebesség csökken. Ennélfogva, rövid hullámhosszú része a spektrum lesz jellegtelen, hiányzik néhány funkciók. A hosszabb hullámhosszú, amely sikerült, hogy pontosan egy-kettő-3-4 rezgések a születési az univerzum lesz látható a spektrumban formájában egyértelmű csúcsok, elválasztva megszűnik. Még hosszabb hullámhosszú, aki nem követett el semmilyen tétovázás ismét ad egy sima része a spektrum, mentes a funkciókat. Ez az minta az úgynevezett „Szaharov rezgések”. Igaz, ez volt a kifejezés még nem minden, most már gyakrabban használják szinonimaként „akusztikus rezgések”.
Ha van fagyasztás, és milyen mértékben jelenjen meg? Egy megvalósítási mód szerint a hideg univerzum, mint már említettük, a hang sebessége csökken keresztül a másodperc tört része. Ugyanakkor a legtöbb hosszú hullámhosszú maximális spektrumában inhomogenitások kiterjed egy csomó anyagot a tömege kicsi csillag.
Hot modell ad egy meglepetés - a Világegyetem képe kora 370 ezer éves -. Csak a korban, amikor az univerzum változik az állapotegyenlet és a hangsebesség esett. Az a tény, hogy ez idő alatt a hőmérséklet csökkent univerzumot úgy, hogy az elektronok rekombinálódnak a protonok hidrogénatomok, és az univerzum vált átjárhatók a fény számára. Ez a fény miatt az univerzum tágulását vált rádióhullámok - a híres ereklye mikrohullámú sugárzás.
A mosoly az Univerzum
Ha A. D. Saharov látta a szögletes teljesítmény spektrum a harmonikusok a CMB! (Ő ábrán látható. 2.) Ya. B. Zeldovichu szintén nem volt esélye, hogy látni, de sokan közvetlenül részt vesz a fejlesztés az elmélet maradt.
A hatalom a tudomány legtisztábban nyilvánul nem akkor, amikor el tudja magyarázni a korábban megmagyarázhatatlan hatást, és ha valaki azt jósolja, valami rendkívüli, majd keresse meg személyesen. Major példák ezen a történelem nem annyira. A szituáció - a felfedezés Neptune „az egy toll hegyét.”
Ábra. 2. Az eredmény a terjeszkedés a CMB ábrán látható térkép. 1, a szögletes harmonikusok (multipoles). A szilárd görbe - illeszkedő az elméleti eredmény, amely érzékeny olyan paraméterekre, a világegyetem, a görbület a tér, az átlagos anyagsűrűség és a sötét anyag. Kép: „Troitsky változat”
Szaharov rezgések bizonyos szempontból sokkal „hűvösebb”, mindenekelőtt a földöntúli - nem szalonképes a méretezés elképzelhetetlenül kicsi és elképzelhetetlenül nagy. Ülő személy írja hihetetlen számú képlet: az Univerzum korát - 10 -43 másodperc -10 sűrűsége 98 gramm cm3, hogy egy részük próbál levezetni. Amennyiben a hit, hogy egy ilyen léptékű egyáltalán működik a logika rájuk vonatkozó törvényi, amelyet az ember? A terv egy kívülálló, egy tudós ebben az esetben volt tele a vízkivételek, fantáziák az adófizetők pénzét. Ennek eredményeként jelentős erőfeszítéseket egy személy hozza a papírt, a forgalmazás bizonyos sűrűség ingadozása az univerzumban kell leírni egy bizonyos oszcilláló Bessel-függvény.
Az évtizedek emberek indítson űrhajó pontossággal vevő mikrohullámú kibocsátott rádióhullámok milliárd évvel ezelőtt. És hogy ez a sugárzás térképek ugyanezen oszcilláló Bessel függvény!
Megfigyelés a tény, hogy az akusztikus rezgések - még csak a kezdet. Kiderült, hogy ők jobbak, mint bármi más, segít mérni számos paraméter univerzum, beleértve a kor, és a geometria. Ez nagyjából ugyanaz, mintha egy térképen a korai univerzumban látná lépték beosztással MPC, és nem csak a vonal - az órák és a teljes „időjárás állomás” a különböző mért eredmények hívja.
Például, a magassága a szubsztrátum fő csúcs ad becslést az anyagsűrűség az univerzumban, és a csúcsok helyzetét „érzi” a tér geometriája. Az utóbbi tulajdonság nem nehéz megérteni. A hossza az akusztikus hullám, fogott egy legfeljebb 370 ezer évvel az ősrobbanás után, hogy fix, és a szög, ahol ez ma látható, attól függ, hogy a három-dimenziós euklideszi térben, vagy sem. Ez azért van, mert méréseket a pozíciókat a csúcsokat, amelyek a tér valójában euklideszi: az összeg egy háromszög szögei 180 ° -ban, még ha ez egy oldalú háromszög a tízmilliárd fényév.
Szaharov rezgések - nem csak a vezető kozmológia - van még egy távoli szupernóvák, galaxishalmaz gravitációs lencsézésnek. De ez messze a legmegbízhatóbb támogatást.
Mondtuk szól a két tudományos dolgozat Andreya Dmitrievicha Saharova. Ez csak egy kis része, amit tett az életében. Azonban még a két mű látható a hatalom ezt az ember: nem csak megoldott problémákat. Ezekben a munkákban, és megoldani a problémát, hogy nem látták már egy ideje.