Астронет > Форумы > Обсуждение публикаций Астронета

по текстам по форуму внутри темы

Разрыв Вселенной
14.03.2003 18:57 | М. Е. Прохоров/ГАИШ, Москва

Статья Калдвелла, Камионковского и Вейнберга "Призрачная энергия и космический судный день" вызвала волну интереса в прессе. Здесь приведены достаточно подробные комментарии к этой статье.

[Цитировать][Ответить][Новое сообщение]

Форумы >> Обсуждение публикаций Астронета

Список / Дерево
Заголовки / Аннотации / Текст

>> Разрыв Вселенной (М. Е. Прохоров/ГАИШ, Москва, 14.03.2003 18:57, 16.0 КБайт, ответов: 9)

Или снова о "призрачной энергии и космическом судном дне".

Статья Калдвелла, Камионковского и Вейнберга "Призрачная энергия и космический судный день" (astro-ph/0302506), которой посвящены заметка Сергея Попова и один из последних APOD'ов, вызвала волну интереса в прессе (см. здесь или здесь). [В последнее время активная реклама любых своих результатов становится "хорошей" традицией англосаксонского научного сообщества.] Поэтому я посчитал необходимым написать более развернутую заметку. То, что приведено ниже - достаточно подробный пересказ упомянутой выше статьи.

Наблюдения далеких сверхновых и флуктуаций реликтового излучения с помощью наземных и баллонных экспериментов, а в особенности последние данные эксперимента WMAP показали, что наша Вселенная расширяется ускоренно. Этот факт можно согласовать с теорией, если предположить, что Вселенная в основном заполнена веществом с отрицательным давлением - так называемой темной энергией.

Формально темную энергию можно описать как вещество с уравнением состояния, описываемым одним параметром w - $w\equiv P/\rho$ ("квинтэссенция"), причем это отношение считается постоянным (в рамках рассматриваемых нами предсказаний "будущего" Вселенной - строго постоянным, а для того, чтобы введение темной энергии имело смысл - постоянным на достаточно длительных интервалах времени). Подобное уравнение состояния при определенных значениях w нам хорошо известно: w=1/3 - это излучение, w=0 - пыль, среда без давления, w=-1 - введенный еще самими Эйнштейном ковариантный $\Lambda$ -член. Для того, чтобы расширение Вселенной, заполненной (преимущественно) подобным веществом, ускорялось, должно выполняться условие w<-1/3.

Обычно рассмотрение ограничивают интервалом -1<w<-1/3. Это ограничение связывают с тем, что из строгого выполнения определения w (как для равновесного состояния, так и для малых возмущений) формально вытекает, что скорость распространения малых возмущений (звука) в квинтэссенции при w<-1 превышает скорость света c, что нарушает принцип причинности. Однако уже предложены несколько вариантов скалярных полей, в которых при выполнении условия w<-1 возмущения распространяются с субсветовыми скоростями. Основное возражение - нарушение причинности - в таких моделях устранено, и теперь мы можем задать сакраментальный вопрос:

Что же происходит за границей w<-1?

Для этой области темных энергий даже придуман специальный термин - призрачная энергия. В этой области нарушается слабое условие энергодоминантности ( $P+\rho<0$ , см. например astro-ph/0302067). Такое же нарушение энергодоминантности требуется для существования "кротовых нор", из которых можно создать машину времени. Но в космологии нарушение этого условия приводит к совсем другим следствиям, которые составляют основные выводы данной статьи, и именно они вызвали интерес прессы.

Рис. 1. Современные наблюдательные ограничения для космологических параметров, показанные на плоскости $\Omega_m$--$w$ . Сплошные красные кривые соединяют точки равных возрастов Вселенной (12 и 14 млрд. лет). Параметры в закрашенных областях допустимы по наблюдениям скоплений галактик и сверхновых. Ярко оранжевым и желтым цветами показаны области их пересечения. Черные сплошные линии показывают дополнительные ограничения, вытекающие из наблюдений гравитационного линзирования квазаров (кривая) и из положения первого акустического пика в спектре мощности анизотропии реликтового излучения (прямые линии, отмеченные числами 218 и 222). На левом рисунке показана диаграмма, ограниченная условием w>-1, как ее обычно и изображают. Справа - та же диаграмма, продолженная в область фантомных энергий. Видно, что есть область параметров с w<-1, удовлетворяющая наблюдениям. Штрих-пунктирные линии на правом рисунке соответствуют одинаковым значениям момента "Большого Разрыва".
(Диаграммы построены для значения постоянной Хаббла H₀=70 км/с/Мпк, закрашенные области построены для уровня значимости 2 $\sigma$ .)

Рис. 2. Несколько возможных сценариев расширения Вселенной. Снизу вверх:

Нижние три кривые представляют собой Фридмановские сценарии, которые реализуются, если Вселенная заполнена веществом с w>-1/3.
- Закрытая модель - Вселенная расширяется до максимального размера и затем коллапсирует. Мир существует конечное время.
- Плоская модель - Вселенная расширяется бесконечно, скорость ее расширения стремится к нулю.
- Открытая модель - Вселенная также расширяется бесконечно, но на больших временах скорость ее расширения становится постоянной.
Открытая и плоская Вселенные существуют неограниченное время и расширяются бесконечно.
Вселенная с квинэссенцией или Лямбда-членом (-1<w<1/3) - начиная с некоторого момента времени, расширение Вселенной ускоряется. Время существования Вселенной бесконечно.
Вселенная с фантомной энергией (w<-1) - за конечное время размер Вселенной обращается в Бесконечность.

Посмотрим, какую судьбу предсказывают Вселенной различные космологические сценарии.

В плоской и открытой Фридмановских моделях (без темной энергии) расширение продолжается бесконечно, но замедляется. При этом размер горизонта (области, доступной для наблюдения) увеличивается быстрее, чем масштабный фактор Вселенной. По мере расширения Вселенная становится более холодной (падает температура реликтового излучения) и более темной (источники света - галактики и их скопления - удаляются). Однако число видимых галактик (внутри горизонта) возрастает - вблизи горизонта "появляются" новые, ранее не наблюдавшиеся объекты.

Во Вселенной с темной энергией (-1<w<1/3) расширение ускоряется. Этот процесс длится вечно. Вселенная также становится темнее и холоднее, но в этом случае размеры Вселенной возрастают быстрее, чем горизонт. Из видимой области постепенно будут исчезать объекты, расположенные вблизи горизонта. В конце концов "в центре" наблюдаемой области Вселенной останется только один гравитационно связанный объект. Для нас это будет местная группа галактик. Судьба галактик, не входящих в группы и скопления, будет еще более одинокой. Давление и плотность заполняющего Вселенную вещества убывают со временем. Исключением является предельный случай с $\Lambda$ -членом (w=-1), когда и давление, и плотность вещества остаются постоянными.

Прежде чем перейти к рассмотрению судьбы Вселенной в сценарии с призрачной энергией, надо обсудить вопрос о судьбе гравитационно (и не только) связанных объектов, поскольку это важно. Согласно Общей Теории Относительности, источником гравитационного поля являются как плотность вещества, так и его давление, а точнее, следующая их комбинация $\rho+3p$ (для изотропных сред). Пусть, как мы и рассматриваем, все пространство заполнено таким веществом, тогда тело (например, планета) обращающееся вокруг звезды с массой M по орбите радиуса R, перестанет быть гравитационно связанным со звездой при выполнении условия

$-\frac{4\pi}{3} (\rho+3p)R^3 \gtrsim M\,.$

Из этого выражения ясно, что "фоновая" материя делает системы менее связанными, если $\rho+3p<0$ , т.е. Вселенная должна быть заполнена темной или фантомной энергией (w<-1/3).

В сценарии с темной энергией ее давление и плотность с течением времени убывают, поэтому объекты, которые являются связанными (гравитацией или другими силами) сегодня, будут оставаться такими и в будущем.

Если Вселенную заполняет фантомная энергия (w<-1), то ее масштабный фактор обращается в бесконечность за конечный интервал времени. Это событие авторы статьи назвали "Большой Разрыв" (Big Rip) [почему разрыв - смотрите ниже] - по аналогии с Большим Взрывом (Big Bang). (Здесь присутствует игра слов: Rip - разрыв, RIP - аббревиатура от Remain In Peace ["Покойся с миром"] - типичной английской эпитафии.) Если в качестве примера взять w=-3/2, то при H₀=70 км/с/Мпк Большой Разрыв наступит через 22 млрд.лет (когда Вселенной будет 35 млрд.лет). Так же, как и в сценарии с темной энергией, удаленные объекты постепенно покидают наблюдаемую область, поскольку масштабный фактор быстро возрастает, а граница обозримой области пространства приближается к нам (и все это происходит за конечное время). В этом сценарии плотность и абсолютная величина давления заполняющего пространство вещества (призрачной энергии) возрастают со временем и к моменту Большого Разрыва обращаются в бесконечность, комбинация $\rho+3p$ становится все более и более отрицательной. Таким образом, обязательно наступит момент, когда гравитационно связанная система с массой M и размером R будет разорвана (распадется). Это произойдет неизбежно, от параметров системы зависит только момент ее разрыва. Будут разорваны и все системы, связанные другими силами, только это произойдет позже, поскольку размеры негравитационно связанных систем меньше, а скрепляющие их силы - мощнее. (Отсюда и взялось название Большой Разрыв.)

Для указанных выше параметров (w=-3/2 и H₀=70 км/с/Мпк) жизнь Вселенной - от Big Bang до Big Rip - выглядит так:


Время	Событие

0	Большой Взрыв
~10^-43 с	Планковская эра
~10^-36 с	Инфляция
~100 с	Первичный нуклеосинтез
~10⁵ лет	Образование атомов
~10⁹ лет	Образование первых галактик
~15^.10⁹ лет	Сегодня
t_rip-10⁹ лет	Распад скоплений галактик
t_rip-60^.10⁶ лет	Распад Млечного Пути ^*
t_rip-3 месяца	Распад Солнечной системы
t_rip-30 минут	Разрушение (взрыв) Земли
t_rip-10^-19 c	Разрушение атомов
t_rip=35^.10⁹ лет	Большой Разрыв

* Когда начнется распад галактик, размер горизонта будет около 70 Мпк. В этой сфере заключено достаточно много галактик, так что мы сможем наблюдать, как они распадаются (с учетом задержки, связанной с конечностью скорости света).

Не правда ли - будоражащая картина?

Что можно добавить к изложению результатов, приведенных в статье Калдвелла, Камионковского и Вейнберга?

Чисто теоретически показано, что кроме давно предсказанных вариантов "судьбы" нашей Вселенной - сжатия с последующим коллапсом или бесконечного расширения, найдена еще одна возможность - Большой Разрыв. На сегодняшний день это только интересная теоретическая идея, каких-либо серьезных указаний на возможность реализации подобного сценария нет.
Из самых общих соображений ясно, что никакая физика не сможет заставить вещество обладать свойствами призрачной энергии до момента Большого Разрыва. Его свойства изменятся, и далее расширение Вселенной пойдет по-другому. Однако нельзя заранее сказать, как близко к Большому Разрыву она подойдет и какие тела в ней еще сохранятся.

Re: Разрыв Вселенной (С. И. Гордеев, 17.03.2003 10:40, 522 Байт) Разрыв Вселенной - одна из математических моделей , границы применимости которой не определены. Вселенную - ,видимую часть окружающего человечество мира, можно представить в виде вихревой структуры со стоком в полюсе мира (черная дыра)и истоком в месте образования Большого взрыва.Солнечная система находится на расходящейся части вихря, потом перейдет на сходящуюся часть и упадет в составе галактики в черную дыру полюса мира.Случится это не ранее чем прошедшее время от Большого взрыва. С уважением Гордеев СИ
Re: Разрыв Вселенной (Э. Э. Санчес, 2.04.2003 8:55, 430 Байт) В статье говорится, что со временем количество Тёмной энергии во Вселенной будет увеличмваться. То есть будет увеличиваться сила отталкивания. Но лямбда-член это функция от плотности, а плотность уменьшается с расширением. Следовательно будет ослабевать сила взаимодействия и никакого большого разрыва не будет! Он произойдёт только в том случае, если скорость увеличения расстояний будет больше скорости уменьшения плотности.
Re: Разрыв Вселенной (В. П. Скоробогатов, 13.09.2007 12:58, 370 Байт) Действительно, все зависит от модели реальности. В СТО замедляется время и сокращаются длины. Кому-то это нравится. Однако есть другие модели, в которых нет таких фокусов. Одна их них - на сайте http://vps137.narod.ru/physics.html/. В последней публикации дано простое объяснение "расширению" Вселенной и недавней находке - пустому месту, незаполненному галактиками.
Re: Разрыв Вселенной (Т. Ю. Пристайло, 30.10.2008 19:13, 995 Байт) Я не изучаю астрономию, но умею мыслить логически и вообще мыслить. Во вселенной все должно периодически повторяться, иначе ее бы не было вообще, вселенной. Т.е. после расширения произойдет сжатие, затем снова расширение (взрыв), затем снова сжатие и т.д. С какой стати мы оказались в момент единоразового бесконечного расширения единоразово возникшей неизвестно откуда вселенной? Такого быть не может.
Более того, предполагаю, что количество вещества-энергии постоянно растет (с каждым циклом расширения-сжатия). Возможно за счет одновременного роста какого-то антивещества-антиэнергии.
Ведь когда-то это все должно было начаться из чего-то!
Доказательством служит аналогия периодичности повторения всех процессов в природе вокруг нас, во всех сферах, начиная с жизни на Земле и заканчивая ближайшим космосом.
Re: Разрыв Вселенной (В. Б. Плавченко, 8.03.2009 0:48, 514 Байт) Конечно ни какого разрыва не может произойти в принципе,это только гранату можно собрать по осколкам,Вселенная не граната,а одно целое и не делимое пространство-время.Космологическое красное смещение указывает на искривление пространства,принимаемое нами ошибочно за расширение,а ускорение "расширения" на самом деле указывает не на "антигравитацию",это изменение кривизны пространства.Проще говоря,это тиканье "космических часов".Подробнее о "конце света" можно прочитать на сайте http://gipoteza.ru.gg/
Re: Разрыв Вселенной (В. В. Комогоров, 15.04.2009 18:28, 1.8 КБайт) Наконец-то здравые мысли о разрыве, не нарушив баланс-не увидим свет. Давайте представим, нечто не имеющее границ,однородное, разделить на две части-разорвать.Вполне понятно-одна из частей будет внутри другой.Нам предлагается вода, вполне понятно, нам известно ее действие.Вот и получается, "...и отделил воду, которая под твердью,от воды которая над твердью".Останется только поддерживать давление, внутри разделяющего пузыря,вход и выход- Солнце и Черная дыра,для каждой Вселенной-свои.Наша,по мнению старших, соединена в кольцо из семи вселенных.В стабильной среде,нет необходимости,сомневаться в своих возможностях,нужно лишь совершенствовать свои познания.Мои познания лежат в области коммутирования больших энергий, постоянного тока, немного залез к вам Астронет.У вас проще-в однородной среде, работают все основные законы физики.Нужно все расставить на свои места,соединив,знания и познания.Мы сотвотрены просто и надежно,играя не последнюю роль в поддержании порядка во Вселенной.Пытаться разобраться в том, о чем у нас не мысли-смешно.Разбегающиеся вселенные-лишь субъективное восприятие,представьте себя у окна поезда,идущего по большому кольцу,который вращают,голова-хвост.А вы,при этом,утверждаете,что в центре и неподвижны.Анологичны и движения планет,их видно со стороны и нам понятно.Посмотрите на граюру Пифагора"Большая Вселенная 28.02.1993 15:16.на его модели вселенной те же символы и знаки,что на глиняных табличках,см.1100лет славянской азбуки В.А.Истрин.В 1969г.,расшифровку никто бы не принял.Иначе,давно быпришлось прийти к Духу или "материальному вакууму", и прослыть неблагонадежным.Изучать вселенную зная свое постоянное место и назначение,легче: дом-есть,дом.Главное,понять,Бесконечность не то,чего у нас нет,а то что Будет,предел,-это наше определание в реальности Мира Мыслей.
Re: Разрыв Вселенной (А. И. Богдан, 17.01.2010 19:10, 1.3 КБайт) Считаю, что ввесь Мир создан изначально по единому образу и подобию, а следпвательно сама идея о сотворении Мира от взрыва -- ЭТО ЯВНАЯ УТОПИЯ, которая к сожелению отвечает нынешней научной идеологии "разрушения". Коль на Земле взрыв является разрушением любой целостности, то и во Вселенной он точно так же может быть только системой разрушения жизни Вселеной, нарушения ее гармонической целостности. Взрыв -- это когда единство творит множество, разрушение, смерть.Сотворение жизни, всего гармонично живого -- это когда множество объединяется в единство.Мужское и женское начало объединяется и образует новую жизнь. Как в нашем теле все органы объединены и работают в единстве -- значит мы живы.Как только нарушится это единство, наступит смерть,которая образует из единого живого тела мощи -- множество отдельных косточек.Мы сотворены Богами по их образу и подобию, а значит и являемся зеркалом творения всей Вселенной.Нельзя через взрыв, разрушение, смерть сразу создать жизнь.Это идеология Библии: Иисус умер и сразу в результате смерти воскрес.Но надо помнить, что воскрес он на ТОМ свете, не здесь. А тот свет -- это и есть потусторонний Мир , обратный живому, где жизнь существует на уровне атома, молекулы и клетки. Тот Мир -- это Мир смерти!! Поэтому вначале надо разобраться, какой Мир мы хотим сотворить взрывом -- Живой Мир или Мир Смерти?????
Re: Разрыв Вселенной (Д.Л. Собко, 25.01.2010 2:47, 586 Байт) Мне кажется, Вы слишком широко смотрите на "взрывной" вопрос (хотя куда уж шире), явно руководствуясь не научно-доказанными (http://www.science.yoread.ru), а идейными, религиозными, и даже психологическими соображениями. Теория взрыва, на мой взгляд, - это не теория о сотворении мира ВООБЩЕ, тут речь идет о возникновении нашей, ныне существующей Вселенной. В макроглобальном масштабе, если можно так выразиться, наш мирок, возможно, не первый, и не последний. А уж вследствии чего возникли "образ" и "подобие", Бог ли на досуге начертал, или кто-то с кем-то сблизился...
Re: Разрыв Вселенной (s. s. pogosyan, 19.04.2011 21:50, 609 Байт) Никакого разрыва небудет.Вселенная как возникла,так и сжимаясь исчезнет.Темнайа энергия,это материя с отрицательной гравитационной массой,которая уровновешенна материей с положительной гравит. массой.Так-что сила антигравитации по абсолютной велечине равна силе гравитации.Т.е.разрыва не будет.Причина космологической эволюции-это непреривное увеличение двух компонентов вселенной,а сжатие или космологическая деградация-это уменьшение или квантовое испарение двух компонентов.Подробно прочти в книге-Армонная структура Метавселенной.На сайте-www.armonpogosyan.com ....С уважением,С.Погосян.Армения.