Может ли темная материя быть искривленными карманами пространства-времени, оставшимися после Большого взрыва?

Мое понимание общей теории относительности состоит в том, что гравитация эквивалентна искривлению пространства-времени и пропорциональна локализованной массе. Традиционно мы полагаем, что массивные объекты притягиваются друг к другу, искривляя пространство-время. Мог ли какой-то механизм в ранней Вселенной искривить пространство-время, а затем массивные объекты притянулись или «попали» в эти области искривления, что дало нам разницу между расчетными галактическими массами и наблюдаемой активностью?

Другими словами, в этом масштабе масса не искривляет пространство-время, а искривления пространства-времени накапливают массу. Было ли это исключено как источник темной материи?

Уточнение редактирования:
Спасибо за отличные объяснения! Многое из этого я знал, это математика, с которой я не очень знаком. Мой первоначальный вопрос был недостаточно ясен.

Конечно, искривленное пространство-время повлияет и на обычную материю, поэтому мы видим галактики в этих местах. Я имел в виду не то, что DM, нормальная материя, и это искажение существует, а то, что искажение — это то, что мы называем DM.

Предположим, что «сначала» были какие-то статистически отдаленные искажения геометрии ST, которые собирают нормальную материю, которые способствуют деформации, которые собирают больше нормальной материи и т. д. в качестве петли обратной связи. Таким образом, DM будет разницей между искривлением обычной материи и нормальной плоской кривизной пространства-времени, в отличие от какой-то экзотической формы материи, искривляющей пространство-время.

Меня заминусовали без комментариев. Я думал, что следовал правилам сайта. Кто-нибудь объяснит, что я могу улучшить, чтобы в будущем меня не минусовали?
Хотя мы предпочитаем, чтобы люди объясняли свое отрицательное мнение, люди не всегда это делают. Возможно, они сочли ваш вопрос слишком нетрадиционным (мы не принимаем здесь нетрадиционную физику) или просто не любили его. Вы будете проголосованы против - даже лучшие участники сайта были проголосованы за минусы. Не воспринимайте это как оскорбление - иногда это может быть просто случайным, а иногда это просто комментарий к содержанию, а не к вам самому. Со своей стороны, добро пожаловать в Physics.SE! Я надеюсь, что остальная часть вашего опыта на этом сайте будет немного более приятной.
(1) вы не можете избежать отрицательного голосования в будущем, даже если будете следовать всем правилам (что бы это ни значило) и (2) ваш вопрос не ясен и не подходит здесь. Вопрос «может ли какой-то неизвестный механизм заставить что-то имитировать то, о чем мы практически ничего не знаем», вряд ли даст полезные ответы. Тем не менее, я не считаю, что это заслуживает анонимного или иного отрицательного голосования.
У вас есть несколько запутанных идей здесь. Вам нужно потратить некоторое время на записи в Википедии на эту тему (а именно на темную материю)
Во-первых, я бы не сказал, что масса «пропорциональна» кривизне пространства-времени. (Зависит от того, как вы хотите определить кривизну — если вы, например, возьмете скаляр Риччи, тогда, конечно, да.) Но более важной концепцией является то, что масса является источником искривления пространства-времени, но не обязательно единственным. Тем не менее, измерения показывают, что Вселенная по своей природе плоская, поэтому кажется, что мы можем считать, что кривизна определяется массой.
Во-вторых, есть убедительные доказательства того, что то, что мы называем «темной материей», ведет себя как бесстолкновительная жидкость, то есть состоит из невзаимодействующих частиц (за исключением гравитации). В-третьих, у нас есть убедительные доказательства формирования галактик в различные эпохи Вселенной, от молодых до очень старых; Таким образом, формирование галактик не может быть обусловлено исключительно процессами в ранней Вселенной.
Вы можете попробовать прочитать об изначальных возмущениях пространства-времени и о том, как они, как считается, эволюционировали на протяжении жизни Вселенной. В частности, скалярные возмущения фоновой метрики, возможно, помогли сформировать крупномасштабную структуру нашей Вселенной. Если мне не изменяет память, векторные и тензорные возмущения имеют тенденцию затухать гораздо быстрее с расширением.
Я тоже не думаю, что это плохой вопрос. Конечно, вы можете довольно легко получить ответы, ЕСЛИ вы знакомы с основными понятиями, но, по моему мнению, этот сайт должен сыграть роль в привлечении заинтересованных людей к этому этапу. Мне нравится, что вы предлагаете механизм, который явно сфальсифицирован (в непорочном смысле Поппера) хорошим ответом Боба Би - такой диалог имеет очень высокую воспитательную ценность.
Всем спасибо! Младен, можете ли вы объяснить, откуда мы знаем, что «масса является источником искривления пространства-времени» и что это не улица с двусторонним движением?
В общей модели относительности кривизна появляется в решении уравнений Эйнштейна en.wikipedia.org/wiki/Einstein_field_equations , где тензор энергии напряжения появляется с одной стороны, а кривизна — с другой. . Масса однозначно характеризуется четырехчастной частью вектора энергии и импульса (вектор специальной теории относительности).
Что касается того, что вызвало эти возмущения, я сначала подумал, что это массивные колебания от самого BB (IIRC). С тех пор я немного читал о конформной циклической космологии. Возможно ли, что это подписи из более ранней Вселенной (учитывая, что CCC верна)?

Ответы (2)

Я отвечу, и не думаю, что это плохой вопрос. Мы не знаем, что такое темная материя (ТМ), но знаем о ТМ кое-что, что делает предложенную вами причину маловероятной или неактуальной. Но вы упоминаете некоторые возможности ранней Вселенной, хотя и не совсем такие, какие считались возможными. Я объясняю ниже.

В любом случае, я призываю продолжать спрашивать и отвечать, к отрицательным голосам и правилам легко привыкнуть и немного понять, как с ними бороться. призываю вас больше читать о космологии и гравитации, если это вас интересует.

Основная причина, по которой предложенный вами механизм для DM невозможен или актуален, заключается в том, что он не объясняет, чем DM отличается от обычной материи. Ваше объяснение справедливо и в том случае, если бы это была нормальная материя. Во-первых, предложенная вами высокая кривизна ранней Вселенной, которая могла притягивать DM, также притягивала бы и обычную материю. Это ничем не отличается. И он продолжил бы это делать и стал бы ядром для звезд и галактик. Во-вторых, как сказал @Mladen в комментарии, темная материя существенно не взаимодействует с обычной материей или с самой собой (она действительно взаимодействует гравитационно, как мы ее обнаруживаем), в то время как обычная материя взаимодействует. Это известно, потому что у нас есть астрономические свидетельства того, что две галактики проходят друг через друга с обычной материей, замедленной столкновениями/взаимодействиями. а ТМ не сильно пострадала (при оценке плотности темной материи по гравитационным эффектам). См. группу маркеров для этого наhttps://en.m.wikipedia.org/wiki/Bullet_Cluster .

Так что, даже если вы правы, ваше объяснение будет правильным как для DM, так и для обычной материи. Ничего, что объясняет темную материю.

Теперь, что касается возможности высокой кривизны в начале Вселенной, когда некоторые области намного выше, чем другие, вы должны быть осторожны в отношении того, когда это произойдет. Мы знаем, что через 380 000 лет космический микроволновый фон (CMB) высвободился (после развязки), и он чрезвычайно однороден и изотропен. Мы не видим ничего похожего на разрозненные области с действительно высокой кривизной. Так что, должно быть, это было намного раньше или намного позже. После рекомбинации мы многое знаем и видим об эволюции Вселенной, и для этого нет ни доказательств, ни оснований. Даже раньше мы не видим особых причин. См. стандартные возможные мысли о том, каким может быть DM, на https://en.m.wikipedia.org/wiki/Dark_matter .

Очень ранняя Вселенная, до инфляции, возможно, могла образовать очень большие струны и стенки струн (из теории струн) и вызвать топологические дефекты. Это может быть что-то из того, что было во времена Планка, а что-то, возможно, осталось в качестве реликвий, согласно теории струн, если теория струн в каком-то смысле верна (что остается под вопросом, с меньшим оптимизмом по этому поводу, чем раньше) . Но в те ранние времена, если бы существовали струны или струнные стены, гравитация все равно не была бы такой, какой мы себе ее представляем сейчас, кривизна, это были бы взаимодействия более струнных вещей, которые мы не знаем, каким образом. Большинство мыслей о ДМ сводится к тому, что он представляет собой некие реликтовые частицы, образовавшиеся в ранней Вселенной. Если бы они образовались тогда, не имеет значения, привлекла бы их высокая кривизна.

Но нам не удалось идентифицировать какие-либо частицы темной материи, и это все еще область исследований.

См. краткий PDF-файл о некоторых возможных реликвиях ранней вселенной по адресу https://arxiv.org/abs/1202.5851 . Есть и другие связанные статьи, но ничего определенного.

ПОЯСНЕНИЕ РЕДАКТИРОВАТЬ ОТВЕТЫ

Уточнение вопроса заключается в том, может ли какое-то «странное и сильное» искривление пространства-времени создавать эффекты, которые мы называем DM. Таким образом, она спрашивает не о том, может ли деформация создавать экзотические новые частицы, которые тогда являются DM, а о том, где это DM.

Есть несколько причин, по которым это маловероятно, но сначала позвольте мне сказать кое-что о том, что, на мой взгляд, потребуется участие для создания чего-то подобного. Должны быть вакуумные макроскопические решения ОТО, где есть некая устойчивая область с гравитационным полем, подобным тому, которое создается некоторым локальным распределением материи (поскольку именно так оно выглядит для нас, например, в гало галактик). Геоны, предложенные Уилером, кажутся нестабильными, но не доказанными. Другая возможность связана с каким-то другим полустабильным точным решением ОТО в вакууме, где гравитационное поле выглядит так, как будто оно вызвано локальной областью. Существуют вакуумные решения GR с полустабильной или стабильной областью высокой гравитации. Примером являются солитоны, которые могут иметь форму солитонных волн или других конфигураций. и с возможными конфигурациями, такими как перегибы и стены. Они были исследованы, и трудно найти такие решения. Поскольку ОТО нелинейна, вы не можете добавить одно решение к другому, эффекты, которые вызывают солитоны, нелинейны. В линейных приближениях их не существует. Считается, что некоторые из них могли быть реликвиями ранней Вселенной, как я упоминал выше. Могут быть и другие решения, которые позволяют это сделать, но не найдены. См. классическую трактовку гравитационных солитонов на Считается, что некоторые из них могли быть реликвиями ранней Вселенной, как я упоминал выше. Могут быть и другие решения, которые позволяют это сделать, но не найдены. См. классическую трактовку гравитационных солитонов на Считается, что некоторые из них могли быть реликвиями ранней Вселенной, как я упоминал выше. Могут быть и другие решения, которые позволяют это сделать, но не найдены. См. классическую трактовку гравитационных солитонов наhttps://www.abebooks.co.uk/Gravitational-Solitons-V-BELINSKI-E-VERDAGUER/18734763538/bd . Это книга этих двух авторов, и она недешевая, и вы не можете читать ее онлайн бесплатно. За прошедшие годы появилось больше статей, и вы можете погуглить гравитационные солитоны. И могут быть некоторые другие решения, которые лучше подходят для DM, которые мы видим.

ПОЧЕМУ НЕВОЗМОЖНО

Во-первых, они должны были быть созданы рано во Вселенной с изначально достаточно однородным и изотропным распределением в целом. Тогда они должны были бы обладать тем свойством, что они не были бы такими сплоченными, т. е. что может образоваться очень большое количество гораздо меньших кусков, они должны были бы разделяться на частицы, подобные массе, или меньше, чем галактика. комки тех. Это кажется крайне маловероятным, если только они не были частицами или такими же размерами, т. е. каждая из них была DM-частицей. И вот мы вернулись к тому, с чего начали.

Постулирование любой другой формы потребовало бы поддержки посредством вычислений некоторых из этих солитонных решений и того, как они могут разбиться на более мелкие. Я не видел ни одного. Просто в GR непросто найти общие решения.

Так что, если вы хотите попытаться постулировать это, нужно сделать много вычислений, чтобы показать правдоподобие.

Спасибо за ваш ответ. Не могли бы вы добавить ответ на мое уточнение?
@RubelliteFae. Хорошее уточнение. Я попробую позже сегодня вечером (США). Ответ Джона Ренни - одна из возможностей, хотя, как он говорит, маловероятно. Дело в том, что на раннем этапе, с ST или без него, могли действовать некоторые очень аномальные топологии, оставившие некоторые реликвии, которые, как вы говорите, могут быть некоторыми стабильными эффектами очень высокой кривизны. И что это ДМ. Я уверен, что если есть какие-либо такие возможности, они являются предварительными предложениями, но я посмотрю, есть ли какое-либо другое резюме или обзор. Причина, по которой стоит хотя бы подумать об этом, заключается в том, что мы до сих пор не нашли DM.
Я понимаю! Огромное спасибо за эту информацию. 💖 Я люблю учиться и, кажется, часто узнаю закономерности, которые другие пропустили (в самых разных ситуациях), но отказались от математики после школьного теста. До сих пор я неплохо обходился без него, но, похоже, наконец пришло время наверстать упущенное. Ответ Джона Ренни заставил меня подумать о лучшем решении, чем «какой-то механизм в ранней Вселенной», и я хотел бы сформулировать это на точном языке физики.
Да, если вы действительно интересуетесь физикой, вам не избежать математики. А в общей теории относительности интересно то, что в основном интересны темы, в которых нелинейность уравнений мешает интуиции, и вам как бы приходится обновлять свою интуицию. @ Ренни прав, когда вещи сжимаются, вы можете создать большую кривизну, а при расширении наоборот. На самом деле, при расширении Вселенной расширение действовало как своего рода вязкость для образования галактики, если бы это было более быстрое расширение, ничего бы не образовалось. Противоположное верно для сжатия, например, черных дыр.
Возвращаясь к этой теме с большей ясностью. Вы упомянули, что реликтовое излучение очень гладкое. Но это не совсем так; БАО привели к галактическим нитям и пустотам. Итак, отбросим мое предположение о том, что искривление является результатом высоких энергий в ранней (непрозрачной) Вселенной. Могут ли это быть области расширения, "врезающиеся" в области сопротивления расширению (т. е. области высокой массы, которые стали галактиками, скоплениями и сверхскоплениями), и именно поэтому мы видим гало DM? Чтобы попытаться проиллюстрировать: ↔⇝o⇜↔ где o: барионная материя; ↔: обширное пространство; и ⇝: интерфейс между ними (DM).
Недавно я пытался понять работу Эрика Верлинде, и я думаю, что она может согласиться с этой модифицированной версией моей гипотезы. То есть «темная гравитация» возникает из отношений между DE и нормальной материей. Но я далек от понимания его статьи 2016 года.
Привет, извините за воскрешение этой старой темы, но, насколько я понимаю, темная материя «считается существующей», потому что измеренные эффекты, похоже, выражают пространство-время, которое должно равняться массе. но что, если это равенство просто не выполняется для этой конкретной области пространства? или масса на самом деле равна нулю, но эти эффекты создает другой вид энергии? это было оценено? любые указатели? (перефразируя: либо в левой, либо в правой части EFE есть другой член, или в этой области неравно, оставляя массу равной нулю?)

Сноска к ответу Боба.

Было высказано предположение, что искривленное пространство-время может вести себя как масса без присутствия какой-либо материи. Примером этого является геон, предложенный Джоном Уилером . Таким образом, в контексте вашей идеи предполагается, что на самых ранних стадиях Вселенной экстремальные условия могли сформировать геоны, и они могли быть ответственны за появление неизвестной дополнительной материи.

Это заманчивая идея, но, вероятно, не работает. Мы не знаем, могут ли геоны быть стабильными. Были различные попытки построить их, но без окончательных результатов. И даже если бы геоны были стабильными, нет очевидного механизма их образования в результате Большого взрыва и последующей эволюции Вселенной. Так что не похоже, что они ответственны за темную материю.

Джон, я должен признать, что мне пришлось уйти и перечитать твой комментарий, чтобы понять его. Спасибо за информацию. Прочитав больше о геонах, я задаюсь вопросом, не является ли ускоренное расширение плоского пространства ускоренным расширением плоского пространства, а не каким-то механизмом в ранней Вселенной, что заставляет геоны строиться так же, как геологические складки формируются из-за тектоники плит. Мысли?
@RubelliteFae: нет, расширение плоского пространства делает его еще более плоским, поэтому оно не может образовывать геоны. Эти геологические складки возникают, когда горные породы сжимаются, а не растягиваются.
Учитывая место кривизны (из-за массы) между несколькими плоскостными областями, я не вижу проблемы. Конечно, мои знания ограничены, но я представляю себе петлю обратной связи кривизны из-за локализованной массы и внешней плоскостности с расширением. Я думаю, что продолжаю добавлять путаницу из-за моего неточного использования слов, возможно, диаграмма лучше: ⟷⇝o⇜⟷
Интересный. Мне нужно еще немного почитать о геонах. Если геон был стабилен в течение ~ 0,00001 секунды после замораживания темной материи, было бы этого достаточно, чтобы позволить темной материи сформировать структуры, которые мы видим сегодня? Я предполагаю, что плотность темной материи в момент Большого взрыва была намного плотнее ядра нейтронной звезды? Если бы существовали большие гравитационные колодцы, темная материя могла бы сконденсироваться в этих колодцах ровно столько, чтобы создать сверхплотности реликтового излучения, которые мы наблюдаем сегодня?
Может ли темная материя быть искривленными карманами пространства-времени, оставшимися после Большого взрыва?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v