Определяется ли Большой взрыв до или после инфляции?

Первоначально Большой взрыв был определен как нулевой предел времени метрики FLRW, поэтому это математическая конструкция, а не что-то физическое. Мы решили применить его к нулевому временному пределу Вселенной, поскольку считали, что метрика FLRW является хорошим описанием Вселенной, но затем инфляция сорвала вечеринку и испортила веселье.

Так что, если вы собираетесь использовать фразу « Большой взрыв » в связи со вселенной, в отличие от ее чисто математического значения, то вам решать, что она означает. Как вы обнаружили, в настоящее время нет единого мнения о его значении.

Лично я бы не стал использовать этот термин, если вы конкретно не имеете в виду метрику FLRW.

Поэтому я провел дополнительное исследование этого вопроса, и результат, который я нашел, весьма удивителен. Там действительно нет установленного определения. Некоторые космологи скажут вам (как упомянул Джон Ренни), что следует избегать использования термина «Большой взрыв», если в этом нет крайней необходимости. Однако это роскошь, доступная не всем космологам.

Тем удивительнее то, что среди космологов, которые не могут избежать употребления этого термина, до сих пор нет единого мнения и никто никогда не говорит о том, что существуют два почти одинаково используемых определения . Я сталкивался с несколькими космологами факультета по этому поводу, и каждый из них говорил одно и то же: вы как бы просто выбираете определение, которое вам больше всего нравится, и придерживаетесь его. Никто не упоминает их конкретное определение в статьях или то, что существуют взаимоисключающие определения, это просто игнорируется как проблема. Но я разглагольствую, поэтому позвольте мне официально ответить на вопрос.

Есть два допустимых определения, и они, по большей части, такие, как я определил в вопросе. Для тех из нас, кто не может избежать использования «Большого взрыва» в своей работе, выбор определения, по-видимому, частично зависит от области исследования человека. Большую часть времени инфляционные космологи будут выбирать определение Большого взрыва как сингулярность кривизны до начала инфляции (за исключением тех, кто изучает вечную инфляцию, для которых период до начала инфляции определен плохо). Космологи-наблюдатели и те, кто изучает Вселенную после инфляции, склонны выбирать определение Большого взрыва как конец инфляции и начало эры горячего расширения с преобладанием излучения. Иногда я обнаруживал, что это время называют «Горячим Большим Взрывом».

Итак, ответ на мой вопрос о правильном определении Большого Взрыва заключается в том, что есть два правильных определения, и нет канонического способа их различения. Утверждение о том, что Большой взрыв произошел до инфляции, в равной степени правомерно, как и утверждение, что Большой взрыв произошел в конце инфляции. Хотя то, что никто, похоже, не признает эту дихотомию, может сбивать с толку, определение, используемое в данных обстоятельствах, часто можно вывести из контекста; исследователи склонны использовать определение, знаменующее начало эпохи (эпох), которую они исследуют.

На мой взгляд, все зависит от того, включает ли кто-то квантование гравитации или нет.

Классический Большой взрыв просто использует общую теорию относительности и решения ее уравнений. Сингулярность имеет четко определенный смысл в классическом подходе.

Поскольку физики убеждены, что в основе природы лежит квантово-механическая структура, ожидается, что гравитация также будет квантована. Инфляционная эпоха появляется в модели, где предполагается эффективное квантование гравитации. Квантование несет в себе принцип неопределенности Гейзенберга, который фактически устраняет сингулярности, появляющиеся в классических теориях, например, электрический потенциал 1/r не создает сингулярности в квантово-механической формулировке.

Классические теории обычно возникают из лежащей в их основе квантово-механической структуры. Это не делает недействительными теоретические модели, которые так успешно описывают классические данные. Это просто ограничивает их область действия. Модель Большого взрыва успешна в своей области применимости, и она смоделирована так, как если бы в самом начале существовала сингулярность, потому что об этом говорят данные.

Когда пределы достоверности классической ОТО по плотности энергии, пространству и времени достигнуты, тогда необходимо вызывать КМ и моделировать данные с ее помощью, что и делает инфляционная модель. Это не отменяет классический ББ. Он по-прежнему будет возникать и применяться в своем регионе действия. Различные определения, которые вы приводите, возникают из-за этой путаницы, связанной с попыткой одновременно сохранить как классическую, так и QM-рамку.

Когда появится твердая модель квантованной гравитации в Теории Всего, эти недоразумения будут разрешены. Я считаю, что классический Большой взрыв больше не подтверждается малыми размерами и, следовательно, его сингулярностью, поскольку инфляционный период подтверждается космическим микроволновым фоном. Тем не менее эмерджентное поведение в больших измерениях выглядит так, как если бы в начале существовала сингулярность, поэтому в больших измерениях Большой Взрыв действителен. Это подобно разнице между атомом водорода в квантовой механике и двумя заряженными шариками, притягивающимися друг к другу макроскопически. В атоме водорода нет сингулярности, два заряженных шара, смоделированные как точки в их центре масс, имеют там сингулярности, и их макроскопическое поведение соответствует модели с сингулярностями.

На мой взгляд, Большой взрыв относится не к отдельному событию, а к космогонической теории в целом, которая «предсказывает» (можно сказать «ретродиктует»?) множество различных событий глубокого прошлого. Например, существует такой устоявшийся термин, как «нуклеосинтез Большого Взрыва» , который описывает эпоху в несколько секунд после Начала Времени. Начало Времени в узком смысле следует строго называть «космологической сингулярностью» . Но даже профессиональные физики не всегда последовательно различают термины.

Вернемся к исходному вопросу. Инфляция, безусловно, происходит после космологической сингулярности, но до нескольких важных событий Большого взрыва. Другими словами, инфляция — это необязательная эпоха, которая может возникнуть в рамках эпохи и теории Большого взрыва.

Мы не знаем, как долго длилась инфляция. Вам нужно 50-70$e$-складки (с$e$время, смутно находящееся по соседству с$10^{-30}\text{ s}$) для соответствия данным, но это только нижняя граница. В этой статье описывается модель, которая едва достигает минимума 50$e$-кратностей, а в данной статье описывается модель, в которой ожидаемое количество$e$-складки могут быть до$10^{10^{10}}$, что примерно$10^{10^{10}}$секунды или$10^{10^{10}}$лет или$10^{10^{10}}$время, которое мы обычно называем «возрастом Вселенной».

Таким образом, ставить Большой взрыв перед инфляцией, как бы хорошо это ни было мотивировано в принципе, на практике бесполезно, поскольку вы не можете использовать его в качестве точки отсчета для чего-либо, кроме начала инфляции. Когда кто-то утверждает, что рекомбинация произошла через 300 000 лет после Большого Взрыва или когда Вселенной было 300 000 лет, они должны измерять от конца инфляции или около того, потому что если бы они измеряли от начала инфляции, то они просто были бы неправильный.

Современная космология Додельсона определяет Большой взрыв как предшествующий инфляции; он эффективно использует старое определение, согласно которому Большой взрыв — это момент, когда масштабный коэффициент приближается к нулю.

Имеет ли это? В нем говорится, что инфляция — это предположение, «что Вселенная расширялась экспоненциально быстро, когда она была всего лишь$10^{-35}$сек старой." Я не думаю, что это означает, что продолжительность инфляции была$10^{-35}\text{ s}$, или что начало инфляции было$10^{-35}\text{ s}$после начала времен. По-видимому, это время соответствует температуре$10^{15}\text{ GeV}$в модели с преобладанием радиации обратно к$t=0$, или, как вы выразились, пришло время, когда мы ожидаем столкнуться с сингулярностью в традиционной космологии большого взрыва.

Додельсон, кажется, никогда не говорит о Большом Взрыве как о моменте/событии; он использует эту фразу только для обозначения нуклеосинтеза Большого взрыва или космологии FLRW в целом. Я думаю, что это довольно распространенная стратегия: просто не утруждайте себя определением времени Большого Взрыва.

Физик Виленкин (принимавший активное участие в разработке теории полевой вечной инфляции) в своей научно-популярной книге «Много миров в одном» описывает энергию поля инфлатона как высвобождающуюся в горячей ванне частиц при каждом его потенциально бесконечное число окончаний в локальных (т. е. «пузырьковых» или «карманных») вселенных, включая ту, в которой мы живем, где это высвобождение приравнивается к «Большому взрыву». Он также занимается проблемой времени, упомянутой Джоном Ренни, делая набросок разницы между «космологическим» временем и временем в каждом из ЛЕ, которые, как обычно ожидается, останутся причинно отделенными друг от друга, без каких-либо доказательств обратного. еще не встречалось. Все это похоже, если не тождественно,

Однако относительно любого начала (в космологическом времени) таких основных явлений, как излучение, вывод, сделанный более ранним ответчиком, очень далек от определенности. Виленкин, Гут и Борде совместно работали над теоремой BGV: ее часто истолковывают как требующую начала для любой инфляции (асимптотически-экспоненциального расширения), которая может быть вечной в будущем. Однако в последней (2003 г.) редакции своей теоремы эти 3 автора включили сноску в свой список литературы в конце этой редакции, в которой указано, что «устойчивая вечная инфляция» Агирре и Граттона, описанная на https: //arxiv.org/abs/astro-ph/0111191, совместима с ней, даже несмотря на то, что стационарная вечная инфляция определенно НЕ требует начала для инфляционной мультивселенной: в этой версии инфляции двойные стрелы времени расходятся в противоположных направлениях от поверхности Коши, и формально идентичные версии Теорема BGV применяется отдельно в каждом из этих временных направлений.

Определяется ли Большой взрыв до или после инфляции?

Слово «определенный» делает этот вопрос скорее мнением, чем фактом. Я всегда стараюсь придерживаться фактов, установленных на основе эмпирических данных. Но эй хо, я сделаю все возможное.

Кажется, достаточно простой вопрос, чтобы ответить на него, верно? И если бы еще вчера я столкнулся с этим, я бы дал определенный ответ. Но я читал, пока писал диссертацию, и нашел противоречивые определения Большого Взрыва.

Это потому, что в космологии есть путаница.

Все согласны с тем, что в стандартной космологии Большого взрыва Большой взрыв определяется как сингулярность; момент времени, когда коэффициент масштабирования становится равным нулю.

Многие космологи могли бы согласиться с этим, но ИМХО было бы слишком далеко говорить, что все согласны с сингулярностью. Сингулярность иногда обозначает проблему, указывающую на то, что теория пошла наперекосяк. Я думаю, можно пролить некоторый свет на раннюю Вселенную, если подумать о гравитации, теории относительности и черных дырах, а также понять, что в черной дыре нет центральной точки-сингулярности.

Хорошо, но когда вы включаете теорию инфляции, становится немного неясно.

Теория инфляции определенно «немного туманна». Не расширяющаяся вселенная, инфляция. Мне нравится думать, что человек достигает положения, при котором инфляция является решением несуществующей проблемы.

Итак, вот что я имею в виду под противоречивыми определениями. Например, в «Первоначальном возмущении плотности» Лайта и Лиддла они определяют Большой взрыв как начало эры притягательной гравитации после инфляции.

Это не то определение, которое я бы использовал. Кстати, обратите внимание, что гравитация всегда притягивает и изменяет движение света и материи в пространстве, но не заставляет пространство падать. Большого сжатия не было, когда Вселенная была маленькой и плотной, и никогда не произойдет.

Однако «Современная космология» Додельсона определяет Большой взрыв как предшествующий инфляции; он эффективно использует старое определение, согласно которому Большой взрыв — это момент, когда масштабный коэффициент приближается к нулю.

Я думаю, что это лучше, но не совсем правильно. Как-то не хватает трюка .

Это противоречие проявляется во многих местах. Выполнив поиск в Google, можно найти много убедительных объяснений для обоих определений. Все определения согласны с тем, что мы больше не можем определять его как особенность, где а = 0. Но каждый имеет смысл по-своему, и поэтому я все больше и больше путаюсь в том, что правильно, чем больше я читаю.

Ни один из них не является правильным.

Аргумент в пользу того, что Большой взрыв произойдет позже, заключается в том, что инфляционная теория расходится со стандартной космологией Большого взрыва примерно на 10 ⁻³⁰ с.

Забудь про это. Инфляции не было.

прежде чем мы ожидаем столкнуться с сингулярностью

Забудь и это. Не было сингулярности.

когда инфляция закончилась, и что у нас нет свидетельств того, что что-то было до этого, поэтому Большой взрыв теперь определяется как начальные условия для горячей расширяющейся Вселенной, которые создаются в результате инфляции и в конце.

Нет никаких доказательств инфляции. Но в космологии есть путаница.

Аргументом в пользу предшествующего Большого взрыва, по-видимому, является то, что инфляция все еще является периодом, когда масштабный фактор растет, и поэтому Большой взрыв можно определить как ближайшее значение к нулю (то есть до инфляции), или, скорее, как самое раннее значение. время, когда коэффициент масштабирования приближается к нулю. По сути, это, по-видимому, основано на утверждении: «Ну, мы определили это как момент, когда коэффициент масштабирования был наименьшим до того, как была добавлена ​​​​инфляция. Почему бы нам не продолжить это определение после добавления инфляции?»

Большие взрывы связаны с тем, что вещи становятся больше. ИМХО, нет смысла определять Большой взрыв как нечто, происходящее после того, как Вселенная стала намного больше.

Первый аргумент заслуживает внимания, поскольку он определяет начало эпохи, когда Вселенная описывается (практически) стандартной космологией Большого Взрыва. Но последний аргумент заслуживает внимания из-за его простоты и того, что он использует дух первоначального определения; наименьший масштабный фактор и момент, когда вроде бы начинается расширение Вселенной.

Если бы не было инфляции, все стало бы намного проще, не так ли?

Таким образом, мой коренной вопрос: какое определение правильное? Мы говорим, что Большой взрыв произошел до или после инфляции?

Не вычисляет . Инфляции не было. На этом основании второе определение является более правильным, но не вполне правильным. PS: Я заметил ваш комментарий о документальном фильме. Если вы хотите проконсультироваться со мной , пожалуйста, не стесняйтесь, напишите мне по электронной почте на мое имя в btconnect точка com. РЖУ НЕ МОГУ!

Я согласен, что был период инфляции. Однако расширять пока было нечего, кроме пространства-времени. Пространство-время не могло расширяться со скоростью света, поскольку фотонов, переносчиков света, еще не существовало. Эпоха фотонов началась после аннигиляции большинства лептонов и антилептонов в конце лептонной эпохи, примерно через 10 секунд после Большого взрыва. Это была бы вечность по сравнению с эпохой инфляции. Замедление времени было бы основным фактором скорости расширения пространства-времени — время замедляется по мере того, как вещь ускоряется, и останавливается со скоростью света. В нулевое время Время было бы бесконечным, а расширение пространства-времени было бы нулевым — не существовало ничего, что могло бы двигаться. Мы не можем знать, как долго Время оставалось в этом состоянии, потому что не было законов физики; квант или что-то другое. Все квантовые метрики выводятся из скорости света, а света еще не существовало. Скорость и продолжительность инфляции зависят от системы отсчета. Оглядываясь назад на эпоху инфляции, может показаться, что темпы инфляции превышали скорость света. Заглядывая вперед с нулевого времени, расширение пространства-времени в эпоху инфляции могло занять целую вечность. Другое утверждение стандартной теории большого взрыва состоит в том, что температура в эпоху инфляции превышала один миллиард градусов по Цельсию. Однако нет никакого объяснения источника энергии для создания такой астрономической температуры. Это наводит меня на мысль, что инфляция началась до теоретического нулевого времени. Должна была быть эпоха, начавшаяся до первого времени (возможно, до нулевого времени, завершением которого был конец инфляции. Я думаю, что это потребовало бы некоторого извержения материи/энергии в предшествующем космическом существовании. Даже эта временная шкала является чистой догадкой, поскольку для нее потребовалась бы метрика квантового времени, которой еще не существовало.