ускорение Вселенной

Минимальной скорости ускорения нет . На самом деле, до открытия темной энергии большинство людей думали, что скорость Вселенной замедлится. Это все еще математическая возможность, если темная энергия не является космологической постоянной и ее уравнение состояния изменится в будущем.

Огромная разница в масштабах между ранней инфляцией и современной экспансией объясняется тем, что считается, что ранняя инфляция и текущее ускорение имеют разные причины. Если есть общая причина, то должна существовать какая-то причудливая динамика, связывающая вещи на многие порядки, что совсем не похоже на теоретическое предубеждение.

Расширение Вселенной (в приближении, когда вы можете игнорировать тот факт, что Вселенная не является идеально однородной) регулируется уравнением Фридмана:

(единицы, где$c=1$), где масштабный коэффициент$a$измеряет размер Вселенной,$\rho$плотность энергии,$k$измеряет кривизну пространства и$\Lambda$является космологической постоянной.$G$гравитационная постоянная Ньютона. Для всех практических целей$k$равен нулю в нашей Вселенной.

Теперь, чтобы узнать, как расширяется Вселенная, вам нужно знать, как изменяется плотность энергии в зависимости от масштабного коэффициента. Есть несколько частых случаев:

• Иметь значение:$\rho \propto a^{-3}$

• Радиация:$\rho \propto a^{-4}$

• Энергия вакуума (медленно катящееся скалярное поле):$\rho \propto a^0$

Если вы подключите их и проработаете, вы обнаружите, что когда преобладают материя и излучение, расширение замедляется, но когда энергия вакуума или$\Lambda$доминирует расширение ускоряется. (Критическая точка, т. е. устойчивое неускоряющееся расширение,$\rho \propto a^{-2}$, что, я думаю, соответствует газу космических струн, но нужно это подтвердить.) Таким образом, вы можете получить предлагаемую историю расширения из следующего стандартного сценария:

1. Вселенная начинается в состоянии, в котором доминирует медленно катящееся скалярное поле (инфлатон) с большой плотностью энергии.$\rho\sim\text{constant}$. Это способствует быстрому и ускоряющемуся расширению.

2. В какой-то момент скалярное поле сталкивается с фазовым переходом , и его энергия превращается в обычную материю и излучение. Это называется повторным подогревом.

3. В то время как излучение, а затем и материя доминируют в плотности энергии Вселенной, расширение продолжается, но замедляется.

4. В конце концов излучение и материя растворяются до такой степени, что космологическая постоянная (или темная энергия) начинает доминировать над плотностью энергии. В этот момент расширение снова начинает ускоряться. Это произошло около миллиарда лет назад в нашей Вселенной. Картина очень похожа на инфляцию на шаге 1, но масштаб плотности энергии на много порядков меньше, поэтому изменение произошло так долго.

5. Если расширение действительно вызвано космологической постоянной, то это ускорение будет продолжаться вечно. Если, с другой стороны, им управляет какой-то более сложный механизм темной энергии, тогда есть много возможностей для будущего...