вселенная де Ситтера - de Sitter universe

редактировать

A вселенная де Ситтера является космологическим решением уравнений поля Эйнштейна из общей теории относительности, названного в честь Виллема де Ситтера. Он моделирует Вселенную как пространственно плоскую и игнорирует обычную материю, поэтому в динамике Вселенной доминирует космологическая постоянная, которая, как считается, соответствует темной энергии в нашей Вселенной или поле инфлатона в ранней вселенной. Согласно моделям инфляции и текущим наблюдениям ускоряющейся Вселенной, модели конкордантности физической космологии сходятся в согласованной модели, в которой наша Вселенная была описана лучше всего. как вселенная де Ситтера примерно в момент $t = 10 - 33 {\ displaystyle t = 10 ^ {- 33}}$ $t = 10 ^ {- 33}$ секунд после реперной точки Большого взрыва сингулярность и далекое будущее.

Содержание

1 Математическое выражение
2 Потенциал Вселенной
3 Относительное расширение
4 Моделирование космической инфляции
5 См. также
6 Ссылки

Математическое выражение

Вселенная де Ситтера не имеет обычного материального содержания, но имеет положительную космологическую постоянную ( $Λ {\ displaystyle \ Lambda}$ $\ Lambda$ ), который устанавливает скорость расширения, $H {\ displaystyle H}$ $H$ . Чем больше космологическая постоянная, тем больше скорость расширения:

H ∝ Λ, {\ displaystyle H \ propto {\ sqrt {\ Lambda}},}

{\ displaystyle H \ propto {\ sqrt {\ Lambda}},}

где константы пропорциональности зависят от соглашений.

Эволюция вселенной де Ситтера (темно-синяя, верхняя кривая) по сравнению с другими моделями.

Обычно часть этого решения описывают как расширяющуюся вселенную в форме FLRW, где масштабный коэффициент задается как

a (t) = e H t, {\ displaystyle a (t) = e ^ {Ht},}

{\ displaystyle a (t) = e ^ {Ht},}

где константа $H {\ displaystyle H}$ $H$ - это скорость расширения Хаббла, а $t {\ displaystyle t}$ $t$ - время. Как и во всех пространствах FLRW, $a (t) {\ displaystyle a (t)}$ $a (t)$ , масштабный коэффициент, описывает расширение физических пространственных расстояний.

Уникальный для вселенных, описываемых метрикой FLRW, вселенная де Ситтера имеет закон Хаббла, который согласован не только во всем пространстве, но и во все времена (поскольку параметр замедления равен $q = - 1 {\ displaystyle q = -1}$ $q = -1$ ), таким образом удовлетворяя идеальному космологическому принципу, который предполагает изотропность и однородность во всем пространстве и времени. Есть способы преобразовать пространство де Ситтера со статическими координатами (см. пространство де Ситтера ), поэтому, в отличие от других моделей FLRW, пространство де Ситтера можно рассматривать как статическое решение уравнений Эйнштейна даже несмотря на то, что геодезические, за которыми следуют наблюдатели, обязательно расходятся, как и ожидалось, из-за расширения физических пространственных измерений. В качестве модели Вселенной решение де Ситтера не считалось жизнеспособным для наблюдаемой Вселенной, пока не были разработаны модели для инфляции и темной энергии. До этого предполагалось, что Большой взрыв подразумевал только принятие более слабого космологического принципа, согласно которому изотропия и однородность применяются в пространстве, а не во времени.

Потенциал для Вселенной

Поскольку наша Вселенная вступила в Эру доминирования темной энергии около пяти миллиардов лет назад, наша Вселенная, вероятно, приближается к Вселенной де Ситтера в бесконечном будущем. Если текущее ускорение нашей Вселенной связано с космологической постоянной, то по мере того, как Вселенная продолжает расширяться, вся материя и излучение будут разбавляться. В конце концов, почти ничего не останется, кроме энергии вакуума, крошечных тепловых флуктуаций, квантовых флуктуаций, и наша Вселенная станет вселенной де Ситтера.

Относительное расширение

Экспоненциальное расширение масштабного коэффициента означает, что физическое расстояние между любыми двумя неускоряющимися наблюдателями в конечном итоге будет расти быстрее, чем скорость света. В этот момент эти два наблюдателя больше не смогут установить контакт. Следовательно, любой наблюдатель во вселенной де Ситтера увидит горизонты событий, за пределами которых этот наблюдатель никогда не сможет увидеть или узнать какую-либо информацию. Если наша Вселенная приближается к Вселенной де Ситтера, то в конечном итоге мы не сможем наблюдать никакие галактики, кроме нашего собственного Млечного Пути (и любых других в гравитационно связанной Местной Группа, если они каким-то образом дожили до того времени без слияния).

Моделирование космической инфляции

Другое применение пространства де Ситтера находится в ранней вселенной во время космической инфляции. Многие инфляционные модели являются приблизительно пространством де Ситтера и могут быть смоделированы, задав параметру Хаббла мягкую временную зависимость. Для простоты некоторые вычисления, связанные с инфляцией в ранней Вселенной, могут быть выполнены в пространстве де Ситтера, а не в более реалистичной инфляционной Вселенной. Если вместо этого использовать вселенную де Ситтера, где расширение действительно экспоненциально, можно сделать много упрощений.

См. Также

Космическая инфляция
пространство Ситтера для получения дополнительных математических свойств
Параметр замедления
Причинное пятно

Ссылки