Размер Вселенной после инфляции?

Википедия утверждает, что период инфляции был с 10 − 36 сек до около 10 − 33 сек или 10 − 32 сек после Большого Взрыва, но не говорит, каков был размер Вселенной, когда закончилась инфляция. Только что видел шоу Брайана Грина по Мультивселенной, и мне показалось, что я слышал, как он сказал, что размер был галактическим масштабом, когда закончилась инфляция. Однако я также читал, что размер был примерно с баскетбольный мяч.

Есть ли несколько теорий с разными результирующими размерами? Означает ли «размер» что-нибудь в этом контексте?

Если я что-то не упустил, похоже, консенсуса нет. Однако вопрос все еще кажется мне разумным - во время большого взрыва все было действительно крошечным, и оно начало расширяться. Почему нельзя узнать объем до инфляции и после?

Ответы (5)

При правильном определении «размера» Вселенной этот вопрос имеет смысл. Стандартная модель космологии говорит, что Вселенная бесконечна, поэтому не имеет «размера». Однако, если принять во внимание, что Большой взрыв произошел 13,7 ± 0,17 миллиард лет назад мы можем определить осмысленный размер наблюдаемой Вселенной. Вы можете, например, определить размер наблюдаемой Вселенной как расстояние, которое мог пройти фотон с момента Большого взрыва.

Рассмотрим, например, фотон космического микроволнового фона (CMB), который был излучен в виде видимого света примерно через 379 000 лет после Большого взрыва и только что попал в наши микроволновые детекторы (красное смещение z = 1089): этот фотон путешествовал 13,7 миллиардов лет, поэтому она прошла расстояние в 13,7 миллиардов световых лет. Итак, вы можете себе представить, что текущий радиус наблюдаемой Вселенной составляет 13,7 миллиарда световых лет. Однако за это время Вселенная расширялась, поэтому нынешнее положение материи, испустившей этот фотон, теперь будет на расстоянии 46,5 миллиардов световых лет. (К настоящему времени маленький 10 − 5 выпуклости реликтового излучения сконденсируются в галактики и звезды на таком расстоянии.) Это дает диаметр нынешней наблюдаемой Вселенной в 93 миллиарда световых лет . Обратите внимание, что со временем размер наблюдаемой Вселенной будет увеличиваться. На самом деле она будет увеличиваться значительно более чем на два (для преобразования радиуса в диаметр) световых года в год из-за продолжающегося (ускоряющегося) расширения Вселенной. Также обратите внимание, что мы не сможем использовать фотоны (свет) для исследования Вселенной раньше, чем через 379 000 лет после Большого взрыва, поскольку в то время Вселенная была непрозрачна для фотонов. Однако в будущем мы могли бы использовать нейтрино или гравитационно-волновые телескопы для исследования ранней Вселенной.

Таким образом, учитывая размер текущей наблюдаемой Вселенной, мы можем спросить, насколько большим был этот объем в любое конкретное время в прошлом. Согласно этой статье , в конце инфляции масштабный фактор Вселенной был около 10 − 30 меньше, чем сегодня, так что диаметр наблюдаемой в настоящее время Вселенной в конце инфляции составляет 0,88 миллиметра , что примерно равно размеру песчинки (см. расчеты на WolframAlpha ).

Считается, что инфляция должна была расширить Вселенную как минимум в 60 раз (что является фактором е 60 ). Таким образом, снова используя WolframAlpha, мы обнаруживаем, что диаметр Вселенной до инфляции был бы 7.7 × 10 − 30 метров , что составляет всего около 480 000 планковских длин .

Возможно, Брайан Грин имел в виду размер наблюдаемой Вселенной в то время, когда фотоны реликтового излучения начали двигаться к нам. Это произошло через 379 000 лет после Большого взрыва при красном смещении 1098, что означает, что диаметр Вселенной составлял около 84,6 миллиона световых лет , что, согласно WolframAlpha , составляет примерно половину диаметра местного сверхскопления галактик или примерно в 840 раз больше диаметра нашего галактика.

Хороший ответ. Кроме того, согласно масштабам вселенной APOD ( apod.nasa.gov/apod/ap120312.html ), человеческая яйцеклетка больше похожа на 0,12 миллиметра. Не то, чтобы это имело значение... Мне просто нравится апплет. :)
@AdamRedwine Спасибо. Википедия согласна с APOD, поэтому я изменил сравнение с песчинкой.
В этом ответе используется неверное представление о радиусе наблюдаемой Вселенной. Вы должны измерять радиус вдоль светового конуса прошлого, без экстраполяции на «сейчас», экстраполяция — неправильный способ описать физику. Вселенная была 380 000 световых лет в поперечнике во время разделения фотонов, измеренного вдоль заднего светового конуса, и это физический размер, и это размер галактики. Экстраполяции «сейчас» нефизичны и произвольны.
@RonMaimon - Извините, но я не согласен. Мы регистрируем фотоны реликтового излучения, которые были испущены реальными атомами, и хотя фотоны находились на пути сюда в течение последних 13,7 миллиардов световых лет, мы можем с уверенностью сказать, что эти атомы сформировали галактики и звезды, которые сейчас находятся на расстоянии около 46 миллиардов световых лет от нас. Если взять масштабный коэффициент a(t) назад во времени, когда Вселенной было 379 000 лет, вселенная была 1/1098 своего нынешнего размера, поэтому те же самые атомы в то время были разбросаны по объему с радиусом 42 миллиона лет. (...продолжение...)
(...продолжение...) Да, атомы моего тела в то время имели только прошлый световой конус размером 379 000 световых лет, но другие атомы действительно существовали, о чем мы можем сказать, потому что они СЕЙЧАС войдите в наш световой конус прошлого. Существует вселенная за пределами наблюдаемой вселенной, и все, что мы делаем, — это берем наблюдаемую в настоящее время вселенную и вычисляем историю этих наблюдаемых в настоящее время атомов/кварков/струн назад во времени, чтобы сказать, где они были тогда.
@FrankH: это экстраполяция на текущий отрезок времени, и это неправильный способ говорить о горизонтах. Если вы не используете световой конус прошлого, вы можете также использовать полностью расширенное решение и сказать, что Вселенная бесконечна, и забыть о расстоянии до горизонта. Во временном интервале t=const нет разумного предела, ваша эвристика следования за атомами внутри горизонта к «сейчас» не работает, она не работает даже для чистого пространства де Ситтера.
Пожалуйста, простите меня, я скромный программист, интересующийся физикой, пожалуйста, не могли бы вы объяснить, что вы имеете в виду, говоря, что Вселенная имеет размер всего 0,88 мм в конце инфляции ... Вы говорите, что после прибл. 400000 лет инфляции (что, на мой взгляд, является частью большого взрыва), что это размер Вселенной? Извините, если это глупый вопрос.
@Monkieboy - Откуда у тебя 400000 лет инфляции? Инфляция закончилась примерно 10 − 32 секунд после Большого взрыва, то есть когда Вселенная была всего 0,88 мм. Возраст 400 000 лет — это когда Вселенная расширилась и остыла достаточно, чтобы стать прозрачной — то есть, когда фотоны реликтового излучения начали двигаться к нам 13,7 миллиардов лет назад. В то время диаметр Вселенной составлял около 42 миллионов световых лет.
@FrankH - Спасибо, я неправильно понял вопрос, в котором говорится: «... период инфляции был с 10 − 36 сек до около 10 − 33 сек или 10 − 32 секунды после Большого Взрыва» следует считать тем, что он начался примерно в эти моменты, а не тем, что он начался в 10 − 36 сек и закончился в 10 − 32 сек.
@FrankH: Во втором абзаце, я думаю, вы ошибаетесь, когда говорите, что наблюдаемая Вселенная будет увеличиваться в размерах из-за ускоренного расширения Вселенной. Эпоха господства сильно нарушающей энергию жидкости, такой как темная энергия, заставляет Сферу Хаббла (то есть наблюдаемую Вселенную) уменьшаться в размерах. Так что наблюдаемая Вселенная становится меньше, а не больше. Когда скорость расширения какой-то далекой галактики увеличивается до скорости расширения, превышающей предельную скорость света, мы перестаем наблюдать эту галактику.
@ Flint72 - Я согласен с тем, что количество материи в наблюдаемой Вселенной будет уменьшаться по мере увеличения ускоренного расширения - я думаю, это то, что вы имеете в виду. Это? Так что, скажем, через 100 миллиардов лет после Большого взрыва все еще будут фотоны реликтового излучения, которые будут смещены в красную область до очень длинной волны. Эти фотоны путешествовали по световому конусу нашего прошлого с расстояния в 100 миллиардов световых лет, верно?
@ Flint72 .... Теперь в кадре покоя этих фотонов реликтового излучения материя, испустившая эти фотоны, теперь будет находиться на расстоянии, которое в наше текущее время намного превышает 100 миллиардов световых лет от нас. Они никогда не будут наблюдаться из-за ускоренного расширения (если DE=0, они в конце концов вернутся в наш объем Хаббла). Так вот что я имел в виду. Это правильно?

порядка 10 метров.

Размер Вселенной можно рассчитать, интегрируя уравнение Фридмана , являющееся функцией плотностей компонентов Вселенной (излучение, вещество, темная энергия, кривизна, а также более экзотические компоненты), а также их уравнения государства. В целом аналитического результата нет, но в определенные эпохи в истории Вселенной, в ее динамике полностью доминируют одна или две из этих составляющих.

В ранней Вселенной преобладала релятивистская материя, то есть излучение и нейтрино (ранняя материя также была релятивистской, но не вносила существенного вклада в плотность энергии). В этом случае интегрирование дает следующее соотношение между масштабным фактором а (т.е. соотношение между длинами в то время и сегодня) и время т :

а ( т ) ≃ ( 2 Ом р , 0 ЧАС 0 т ) 1 / 2 ,
куда Ом р , 0 - сегодняшнее значение плотности энергии излучения по отношению к критической плотности, а ЧАС 0 – постоянная Хаббла. Для сотрудничества Planck et al. (2016) космология, в т ∼ 10 − 32 с , это дает 2 × 10 − 26 .

То есть, если инфляция закончилась после 10 − 32 с , все было 5 × 10 25 раз ближе друг к другу, или примерно в 60 раз больше † .

Вся Вселенная может быть или не быть бесконечной, но то, что мы обычно имеем в виду, когда говорим о Вселенной, — это наблюдаемая Вселенная , которая является частью Вселенной, от которой свет успел достичь нас со времени Большого Взрыва. Возраст Вселенной 13,8 млрд лет, но поскольку она за это время расширилась, наблюдаемая Вселенная имеет радиус более 13,8 млрд лет — на самом деле р 0 знак равно 46,3 грамм л у р .

Следовательно, радиус того, что составляет «нашу» Вселенную сегодня , был когда-то т Только р ( т ) знак равно а ( т ) р 0 , поэтому в конце инфляции

р ( 10 − 32 с ) знак равно а ( 10 − 32 с ) р 0 знак равно 2 × 10 − 26 × 46,3 грамм л у р знак равно 9 м .

Если вы думаете, что инфляция закончилась уже после 10 − 33 с , ты получишь р знак равно 3 м вместо.

† По совпадению (я думаю) примерно такое же количество e-складок, как и сама инфляция.

Я думаю, ты неправильно используешь т . Ваша формула требует времени с момента сингулярности неинфляционной модели, которое намного меньше фактической продолжительности инфляции. В игрушечной модели с радиационно-преобладающим расширением из сингулярности с последующим е ЧАС т затем снова преобладает радиация, правильный т фактически является временем начала инфляции, так как оно равно 1 / ( 2 ЧАС ) а время окончания - нет.
В любом случае, я не уверен, что какое-либо время заслуживает доверия — последний раз, когда я слышал, неизвестна ни энергетическая шкала инфляции, ни ее продолжительность, а «время начала инфляции» может даже не иметь смысла, если Вселенная была не ФЛРВ...
Но мое время — это просто «обычное» время, экстраполированное обратно сразу после инфляции. Меня не волнует, что произошло во время или до инфляции. Я не понимаю, почему это неуместно, но я был бы рад увидеть ваш расчет по этому поводу (в письменной форме это выглядит как саркастическое « Просто напиши свой собственный чертов ответ », но я не это имею в виду :) ) . И да, я предполагаю общепринятую вселенную FLRW (отчасти потому, что этот сайт является общепринятым, но главным образом потому, что я недостаточно космолог, чтобы поступить иначе).

В простейшей модели Вселенной, метрике FLRW, Вселенная бесконечна и всегда была бесконечной вплоть до Большого взрыва. Инфляция не меняет этого предположения.

Поэтому имеет смысл спросить, например, насколько большим стал планковский объем во время инфляции, но не имеет смысла спрашивать, насколько велика вся Вселенная. (В зависимости от того, что вы примете за масштабный коэффициент инфляции, планковский объем окажется примерно 10 − 27 м 3 и это намного меньше, чем баскетбольный мяч.)

Сказав это, Дон Пейдж предложил нижнюю границу размера всей Вселенной в конце инфляции, и его ответ таков: 10 10 10 122 кубических мегапарсеков. Однако я думаю, что вы должны рассматривать это как крайне спекулятивное.

Откуда ты знаешь, что он бесконечен? Метрика FLRW — это только прогнозная метрика для этого патча, и любое расширение за горизонт — это предположение о ненаблюдаемых вещах.

Я всего лишь скромный аэрокосмический инженер. Но когда я думаю об инфляции до определенного объема, мой евклидов я говорит, что он должен быть как минимум достаточно большим в конце инфляции для расстояния в 13,7 миллиардов световых лет от нашего нынешнего положения до противоположного конца Вселенной, поскольку это и есть самый дальний свет, который мы обнаружили. Если это так, не можем ли мы просто вернуться к радиусу с учетом ускоренного расширения (при условии постоянной скорости ускорения) с момента окончания инфляции? По моему мнению, если бы Вселенная была размером в миллиметры в конце расширения, то фотоны, испускаемые с «другой стороны» Вселенной, уже миновали бы нас.

Возможно, это только я, но этот ответ, похоже, не отвечает на вопрос.
1) когда инфляция закончилась, экспансия продолжилась. 2) дальние области видимой Вселенной находятся на расстоянии более 13,7 миллиардов световых лет. 3) Евклидова геометрия не самая точная в этом масштабе. И 4) тебя зовут Джим, ты аэрокосмический инженер, и ты отвечаешь на вопросы о космологии... Ты я? Я прав, что сейчас немного напуган?

Ответ на загадку инфляции прост, она смотрит всем в лицо.

Вы не можете объяснить раннюю Вселенную в классических терминах, размер/объем, о чем бы вы ни думали до и после инфляционного периода, не имеет значения.
До и после были совершенно разные, почему? Потому что в начале не было ничего, потом было что-то, это что-то не пришло полностью сформированным, как мы видим сейчас вселенную с ее многочисленными измерениями, в той начальной точке было только одно измерение, то, что произошло после, в инфляционный период, было расширение или добавление дополнительных измерений, двух, затем трех и так далее, вот почему расширение кажется таким непостижимо большим и, кажется, движется с невозможными скоростями, намного превышающими скорость света. Число измерений бесконечно по шкале бесконечности за пределами разумного понимания, из которых наблюдаемая Вселенная состоит только из трех и полностью сформировалась в конце инфляционного периода, эти бесконечные измерения никогда не перестают экспоненциально расти.

НО время само по себе является первым измерением, своего рода каркасом, в котором покоятся все остальные измерения, это вместилище, а не точка, как экспоненциально делящаяся клетка, когда начинается человеческая жизнь. Время — это не что иное, как экспоненциальное добавление/рост измерения.

Размер Вселенной после инфляции?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v