Иллюстрации: Dreamstime, NASA
59
11
ноябрь 2009
не одномоментное явление, которое происходит в виде разле-
Свойства 3-мерной сферы очень напоминают свойства
та начальной сингулярности, а скорее самый ранний период
обычной 2-мерной сферы — поверхности обычного шара.
в истории Вселенной, который начинается с планковских
Определяя некоторую точку на 3-мерной сфере как Исходный
масштабов (пространственных и временных) и планковских
полюс и удаляясь от него, исследователь достигнет наи-
значений физических величин, таких как плотность, давле-
большей по площади 2-мерной сферы с центром в полю-
ние, и т. д. Но как оказалось, модели, основанные на стандарт-
се. Аналогично тому, что наибольшая по длине широта
ном (обычном) фридмановском расширении, имеют пробле-
на поверхности Земли называется географическим эквато-
мы, требующие обязательного решения. Такое расширение
ром, эта наибольшая 2-поверхность называется экватором
имеет место тогда, когда пространство заполнено веществом
3-сферы. Продвигаясь за экватор, исследователь макси-
с обычным уравнением состояния, то есть вещество имеет
мально удалится от Исходного полюса — он достигнет
положительное (или нулевое) давление. Получив началь-
Противоположного полюса. Здесь полная аналогия с путеше-
ный импульс (что само по себе также является предметом
ственником, движущимся по меридиану от Северного полюса
для изучения), планковский «зародыш» далее расширяется
к Южному. Миновав Южный полюс, путешественник начнет
по инерции в соответствии с решениями Фридмана. Такое
возвращаться к Северному, но с другой стороны. Точно
расширение имеет степенной характер :Г и происходит
также дальнейшее продвижение за Противоположный полюс
с замедлением, поскольку 0<а<1. Коротко опишем проблемы
на 3-сфере приведет лишь к приближению к Исходному
таких моделей.
По той причине, что скорость света
конечна, а также конечен возраст
Вселенной, мы принципиально можем
наблюдать только конечную часть
Вселенной, из которой информация успе-
ла дойти до нас. Размеры этой области
порядка 10 28 см. Возвращаясь в планков-
скую эпоху С=10 43 (сек), получим, что
наша современная область наблюдений
имела размеры порядка 10 -3 см. Такой
объем содержал 10 90 (!) планковских
областей, каждая из которых не была
причинно связана с другими. Однако,
как говорилось, наблюдаемая часть
Вселенной весьма однородна и изотроп-
на. Но это означает, что все 10 90 началь-
ных планковских областей должны быть
чрезвычайно одинаковы. А это в той же
степени маловероятно, поскольку они
причинно не связаны на планковский
момент времени. Это первая из проблем
обычного фридмановского расширения,
именуемая также проблемой однородно-
сти и изотропии, или проблемой горизонта, так как принци-
полюсу, но с другой стороны. Кроме всего, важно отметить,
пиально наблюдаемый масштаб называется горизонтом.
что именно модели Фридмана с замкнутым пространством
Чтобы описать другую проблему, нужно более подробно
оказываются более подходящими для сценариев квантового
остановиться на решениях Фридмана, согласно которым гео-
рождения Вселенной, упомянутых выше.
метрия однородной и изотропной Вселенной может быть трех
Вернемся к проблемам обычного фридмановского рас-
типов:
ширения. Каждая из трех возможностей для глобального
• Пространство бесконечное, безграничное и искривлен-
пространства Вселенной определяется средней плотностью
ное с отрицательным знаком; его называют гиперболиче-
вещества, заполняющего это пространство. Плоскому случаю
ским.
соответствует критическая плотность. Если плотность мень-
• 2) Пространство бесконечное, безграничное,
ше — будет гиперболическое пространство, если больше —
но не искривленное с нулевым знаком кривизны; его называ-
замкнутое. Важно иметь в виду, что для каждого момента
ют плоским.
в эволюции критическая плотность имеет разное значение.
• 3) Пространство безграничное, но не бесконечное (его
Так вот, наблюдения показывают, что с очень высокой точ-
объем конечен), а также искривленное с положительным зна-
ностью современная плотность всего вещества во Вселенной
ком кривизны; его называют замкнутым; это 3-мерная сфера.
близка к критической, то есть мы живем фактически в пло-
Если представления о бесконечных пространствах обыч-
ском пространстве, или (что то же самое) в пространстве
но не поражают воображение и не требуют пояснений, то
с огромным радиусом кривизны. Возвращаясь к планковской
таковые без сомнений необходимы для последнего случая.
эпохе, можно сделать вывод, что тогда плотность должна
предыдущая страница 53 Что нового в науке и технике 2009 11 читать онлайн следующая страница 55 Что нового в науке и технике 2009 11 читать онлайн Домой Выключить/включить текст