Качественная картина для теории холодного Большого взрыва Леметра

Предупреждение: пожалуйста, считайте, что этот вопрос вызван историческим любопытством или упражнением в построении моделей. Я считаю, что это не может считаться нетрадиционной физикой, поскольку в прошлом она была очень популярной.

Исторические обзоры теории Горячего Большого Взрыва обычно концентрируются на ее устойчивом сопернике — теории Фреда Хойла, согласно которой Вселенная расширялась, но по существу оставалась неизменной из-за создания энергии в пространстве, которая локально уравновешивала расширение.

Но я часто думаю о другой и наивно более правдоподобной идее Леметра: о «первобытном яйце» или о теории холодного Большого взрыва. Я читал, что было опровергнуто открытие моего WMAP БАО (барионно-акустических колебаний), но это кажется мне странным, потому что я понимаю эту идею так, что она неотличима от современной Стандартной Космологии.

Мой набросок Холодного Большого Взрыва

Как мы знаем, Вселенная расширяется, поэтому в прошлом она была меньше. Но вместо того, чтобы быть горячее, это могло быть очень холодное и плотное состояние, похожее на нейтронную звезду, которое позже расширилось и нагрелось за счет ядерного распада нейтронов. В конце концов Вселенная достигнет равновесного состояния, каким мы ее знаем, и органично сольется с историей Стандартной Космологии, оставив небольшое количество барионов по сравнению с легкими электронами, нейтрино и безмассовыми фотонами.

Я вижу следующие привлекательные черты этой идеи:

  1. У нас действительно нет доказательств того, что температура Вселенной когда-либо была выше ∼ 10 М е В (число исходит из первичного нуклеосинтеза, поскольку мы не знаем другого способа получения элементов из протонов и нейтронов)

  2. Эта картина имеет естественную асимметрию вещества и антивещества: нейтроны повсюду, а антинейтронов нет.

  3. Энергия связи нейтрона мала, поэтому распады будут медленно наращивать температуру, в то время как нерелятивистская природа системы будет контролировать скорость расширения как а ¨ а < 0

Вопросы

  1. Каково первоначальное описание этой теории Леметром и его современниками?

  2. Будет ли это холодное нейтронное состояние устойчивым к коллапсу? Насколько он должен быть плотным?

  3. Можно ли добраться   М е В температуры и равновесия?

  4. Каковы были бы наблюдаемые отличия этой картины — т. е. почему она была опровергнута?

Версию статьи Леметра 1931 года можно найти здесь . В основном это обычная метрика FLRW , хотя IIRC рассматривал частный случай закрытой вселенной. Его статья не описывает вселенную, расширяющуюся наружу из точки, как вы предполагаете, и действительно Большой Взрыв не произошел в какой-то точке .
@JohnRennie спасибо за ссылку на статью — теперь я вижу, что не смог найти ее из-за неправильных ключевых слов! PS Я никогда этого не предлагал, я только упоминаю, что в прошлом Вселенная была меньше.
Леметр не описывал холодный старт Вселенной. Температура в теории Леметра изменяется так же, как и метрика FLRW, т.е. ∞ как т → 0 .
@JohnRennie Мне все еще нужно прочитать статью, но вот одна из моих ссылок en.m.wikipedia.org/wiki/Cold_Big_Bang . Википедия может ошибаться, но я полагаю, что читал об этом в книге по истории ОТО или астрономии - к сожалению, сейчас не могу дать ссылку
@JohnRennie На самом деле, я не вижу, где говорится, что температура стремится к бесконечности. Радиус идет на р 0 и температура достигает некоторого конечного значения.
Пенроуз считает, что тепловая смерть вызовет новый Большой взрыв, так что это будет довольно холодный взрыв.

Ответы (2)

Я ответил на вопросы, которые я могу ниже.

  1. @ Джон Ренни уже дал ссылку на статью Леметра. Вот краткое изложение книги Джона Гриббина «Ученые» , стр. 596-597:

... бельгийский астроном Жорж Леметр (1894-1966), который также был рукоположенным священником, независимо опубликовал аналогичные решения [решений Александра Фридмана] уравнений Эйнштейна в 1927 году ... это [и открытие красного смещения] подразумевает начало Вселенной - понятие... Леметр воспринял всем сердцем. Леметр развил идею о том, что он называл Первичным Атомом (или иногда Космическим Яйцом), в котором вся материя Вселенной первоначально находилась в одном комке, подобно сверхатомному ядру, которое затем взорвалось и раскололось, подобно колоссальному расщеплению. бомбить.

  1. Согласно разделу «Вызовы» статьи Википедии ()

Обширные поиски частиц темной материи до сих пор не показали хорошо согласованного обнаружения; темную энергию практически невозможно обнаружить в лаборатории, а ее значение неестественно мало по сравнению с наивными теоретическими предсказаниями.

Сравнение модели с наблюдениями очень успешно в больших масштабах (больше, чем галактики, вплоть до наблюдаемого горизонта), но может иметь некоторые проблемы в субгалактических масштабах, возможно, предсказывая слишком много карликовых галактик и слишком много темной материи в самых внутренних областях. галактик. Эти мелкие масштабы сложнее разрешить в компьютерных симуляциях, поэтому пока неясно, в чем проблема: в симуляциях, нестандартных свойствах темной материи или в более радикальной ошибке модели.

Леметр был и священником, и ученым, и его «первобытный атом» или «космическое яйцо», из которого должна была возникнуть «эмерджентная вселенная», по совпадению соответствовал аристотелевской идее о том, что само время не имеет начала (которую воспринял римлянин). католицизм около 1215 г. н.э.) в рамках того динамического взгляда на вселенную, который преобладает в настоящее время.

Религиозное происхождение этой космологической модели можно проследить в индуистской философии, по крайней мере, до 1200 г. до н.э., так что часто цитируемое замечание Эйнштейна Леметру в 1927 г. были немного суровы.

Тем не менее, Александр Виленкин и Одри Митани смогли в 2012 году подготовить статью, доступную по адресу https://arxiv.org/abs/1204.4658 ., которая показала, что, хотя «первобытный атом» (или потенциал Большого взрыва), прослеживаемый назад через всю прошлую вечность, оставался бы стабильным при классических возмущениях, он был бы подвержен квантовым возмущениям и, следовательно, «вероятно» не был бы дожили до настоящего. Поскольку нейтроны являются квантами, я считаю, что это отвечает на подвопрос № 2 ОП, хотя ответ Виленкина явно вероятностный, а не категоричный, а источники, которые он цитирует напрямую (которые в настоящее время мне недоступны), не включают Леметра. Он также уточняет, что использует «геодезические» уравнения общей теории относительности (которые отличаются от «автопараллельных» уравнений теории Эйнштейна-Картана, разработанной вскоре после открытия вращения частиц).

Ни одна из двух публикаций в статье Википедии «Холодный большой взрыв», на которую ссылается ОП, вообще не цитировала Леметра. Ссылка Гриббина на большой ядерный взрыв (цитируется в ответе Хизер) отражала изменение космологических взглядов Леметра, которое произошло в конце 1931 года, который комментатор Люмине описывает как «год чуда» священника. Как заметил Джон Ренни, Большой взрыв не произошел в какой-то момент: то, что больше всего напоминает взрыв, — это, возможно, самая стандартная космология на данный момент (космическая инфляция на основе поля), только температура взрыва. (Эта температура в версии инфляции, основанной на гипотетическом скалярном поле, является результатом гипотетического «инфлатона». частицы становятся фотонами по мере того, как скорость расширения падает ниже уровня, который увеличивался почти экспоненциально.) Таким образом, несмотря на то, что они разделяют общее качество (тепло), воображаемое Леметром «космическое яйцо» не то же самое, что после «Взрыва». инфляционный огненный шар; кроме того, если он каким-то образом существует, Люмине считает, что он будет иметь размер «несколько астрономических единиц», что намного больше, чем тот «ложный вакуумный пузырь», который обычно изображается как инициирующий инфляцию на основе поля.

Я читал статью Леметра от ноября 1931 года "L'expansion de l'espace" (доступна через НАСА, но только на французском языке), в которой выдвигается идея первичного атома, и он вообще не упоминает какую-либо конкретную температуру, так что, по крайней мере, в отношении названия вопросов подвопрос № 3 ОП (о том, возможно ли достичь «температуры и равновесия 10 МэВ») остается без ответа. (Документ действительно включал чисто словесное описание выхода туманностей из равновесия «во времени», при этом уточняя, что такой переход не обязательно будет происходить «в пространстве».) Пинг-запрос с запросом разъяснений, отправленный около недели назад, не получил ответа. ответ, поэтому я удалил его из своих публичных комментариев.

Поскольку я проголосовал за ответ Хизер, я считаю, что на все четыре подвопроса ОП последовательно даны ответы.
Поскольку теорема Борде-Гута-Виленкина широко неверно истолковывается как запрещающая вечность в прошлом, я должен указать на тот факт, что это не так: она запрещает ее (на основе геодезических ОТО, упомянутых в моем ответе) в мультивселенных или уникальных вселенных. которые «в среднем расширяются», но допускают это, если их расширение уравновешивается сжатием, что имеет место в таких моделях мультивселенной, как «устойчивая вечная инфляция», описанная Агирре и Граттоном, которая была специально исключена сноской в ​​BGV. последняя (2003 г.) редакция.
Довольно загадочное упоминание Леметром массы, которая, возможно, выходит из равновесия «во времени», но не «в пространстве», трудно объяснить без представления о таких причинно-следственных связях, как горизонты событий черных дыр, которые в 1931 году были строго гипотетическими. сущностей, но теперь имеют значительную наблюдательную поддержку и активно участвуют в космологии: недавний пример обсуждается на arxiv.org/abs/… .
Качественная картина для теории холодного Большого взрыва Леметра
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v