ПЕРВИ́ЧНЫЕ ВОЗМУЩЕ́НИЯ

ПЕРВИ́ЧНЫЕ ВОЗМУЩЕ́НИЯ (пер­вич­ные флук­туа­ции) в ран­ней Все­лен­ной, ма­лые на­чаль­ные от­кло­не­ния гео­мет­рии Все­лен­ной от про­стран­ст­вен­но-пло­ской мо­де­ли Фрид­ма­на. Гео­мет­рия ран­ней Все­лен­ной, опи­сы­вае­мая мо­де­лью Фрид­ма­на и П. в. в рам­ках об­щей тео­рии от­но­си­тель­но­сти, яв­ля­ет­ся ос­но­вой кос­мо­ло­гич. стан­дарт­ной мо­де­ли (см. Кос­мо­ло­гия).

П. в. раз­де­ля­ют­ся на три не­за­ви­си­мые в пер­вом по­ряд­ке тео­рии воз­му­ще­ний мо­ды – ска­ляр­ную, тен­зор­ную и вих­ре­вую. Ска­ляр­ная мо­да опи­сы­ва­ет воз­му­ще­ния плот­но­сти, рост ко­то­рых вслед­ст­вие гра­ви­тац. не­ус­той­чи­во­сти при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию круп­но­мас­штаб­ной струк­ту­ры Все­лен­ной – га­лак­тик и их ско­п­ле­ний. Тен­зор­ная мо­да пред­став­ля­ет со­бой кос­мо­ло­гич. гра­ви­тац. вол­ны. При­мер вих­ре­вой мо­ды – кос­мо­ло­гич. маг­нит­ные по­ля.

Про­стран­ст­вен­ное рас­пре­де­ле­ние га­лак­тик и кар­ты ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния пре­дос­тав­ля­ют ин­фор­ма­цию о по­ле воз­му­ще­ний плот­но­сти в совр. эпо­ху (крас­ное сме­ще­ние z≈0) и о со­вме­ст­ном рас­пре­де­ле­нии всех мод П. в. в пе­ри­од ре­ком­би­на­ции во­до­ро­да (z≈1100) со­от­вет­ст­вен­но. Эти и др. на­блю­да­тель­ные дан­ные при их со­пос­тав­ле­нии с тео­ри­ей и ре­зуль­та­та­ми чис­лен­но­го мо­де­ли­ро­ва­ния по­зво­ля­ют вос­ста­но­вить на­чаль­ные кос­мо­ло­гич. ус­ло­вия (гео­мет­рию ран­ней Все­лен­ной) и ус­ло­вия раз­ви­тия воз­му­ще­ний (со­став Все­лен­ной) не­за­ви­си­мо друг от дру­га. П. в. рас­пре­де­ле­ны в про­стран­ст­ве слу­чай­ным об­ра­зом и де­тер­ми­ни­ро­ва­ны по временнóй фа­зе (вы­де­ле­на «рас­ту­щая» ветвь воз­му­ще­ний). Без­раз­мер­ная ам­пли­ту­да ска­ляр­ной мо­ды на кос­мо­ло­гич. го­ри­зон­те со­став­ля­ет 10^–5, а спектр не­од­но­род­но­стей бли­зок к мас­штаб­но-ин­ва­ри­ант­но­му. Тен­зор­ная и вих­ре­вая мо­ды воз­му­ще­ний силь­но по­дав­ле­ны от­но­си­тель­но ска­ляр­ной.

Пер­вич­ные (кос­мо­ло­гич.) гра­ви­тац. вол­ны ха­рак­те­ри­зу­ют­ся боль­шой дли­ной вол­ны, срав­ни­мой с раз­ме­ром го­ри­зон­та Все­лен­ной. Пря­мая ре­ги­ст­ра­ция пер­вич­ных гра­ви­тац. волн прак­ти­че­ски не­воз­мож­на из-за то­го, что при вхо­де «под го­ри­зонт» они бы­ст­ро за­ту­ха­ют. Наи­бо­лее пер­спек­тив­ным спо­со­бом не­пря­мо­го де­тек­ти­ро­ва­ния пер­вич­ных гра­ви­тац. волн пред­став­ля­ет­ся ана­лиз по­ля­ри­за­ции ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния.

П. в. обя­за­ны сво­им су­ще­ст­во­ва­ни­ем эф­фек­ту их па­ра­мет­рич. уси­ле­ния в пе­ре­мен­ном ин­тен­сив­ном гра­ви­тац. по­ле. Этот эф­фект при­сущ не толь­ко воз­му­ще­ни­ям плот­но­сти и гра­ви­тац. вол­нам, но и лю­бым без­мас­со­вым сте­пе­ням сво­бо­ды, свя­зан­ным с не­ста­цио­нар­ным фо­ном (ро­ж­де­ние час­тиц). Это фи­зич. свой­ст­во обес­пе­чи­ва­ет кван­то­во-гра­ви­тац. (спон­тан­ное) ро­ж­де­ние воз­му­ще­ний из ва­ку­ум­ных флук­туа­ций гео­мет­рии в ран­ней Все­лен­ной. Ам­пли­ту­да ро­ж­дён­ных не­од­но­род­но­стей за­ви­сит от ин­тен­сив­но­сти и час­то­ты внеш­не­го по­ля и про­пор­цио­наль­на пер­вой про­из­вод­ной мас­штаб­ного фак­то­ра Все­лен­ной. В си­лу то­го, что тен­зор­ная и ска­ляр­ная мо­ды П. в. по-раз­но­му свя­за­ны с эво­лю­ци­ей мас­штаб­но­го фак­то­ра, их от­но­ше­ние за­ви­сит от его вто­рой про­из­вод­ной. Из на­блю­дае­мой ма­ло­сти тен­зор­ной мо­ды сле­ду­ет, что в пе­ри­од су­ще­ст­во­ва­ния и эво­лю­ции П. в. Все­лен­ная рас­ши­ря­лась ус­ко­рен­но (ин­фля­ци­он­ная ста­дия) и плот­ность энер­гии не пре­вы­ша­ла энер­гию Ве­ли­ко­го объ­е­ди­не­ния.

Эф­фект па­ра­мет­рич. уси­ле­ния объ­яс­ня­ет все на­блю­да­тель­ные ха­рак­те­ри­сти­ки кос­мо­ло­гич. воз­му­ще­ний плот­но­сти и яв­ля­ет­ся об­ще­при­знан­ным ге­не­ра­то­ром струк­ту­ры Все­лен­ной. Это по­зво­ля­ет пред­ска­зать на­ли­чие по­ка не об­на­ру­жен­ных пер­вич­ных гра­ви­тац. волн с оп­ре­де­лён­ны­ми свой­ст­ва­ми. Ес­ли про­гресс на­блю­да­тель­ной кос­мо­ло­гии при­ве­дёт к от­кры­тию тен­зор­ной мо­ды П. в. с тре­буе­мы­ми свой­ст­ва­ми, это под­твер­дит спра­вед­ли­вость кос­мо­ло­гич. стан­дарт­ной мо­де­ли и об­щей тео­рии от­но­си­тель­но­сти на кос­мо­ло­гич. мас­шта­бах и проль­ёт свет на фи­зи­ку ран­ней Все­лен­ной в эпо­ху Боль­шо­го взры­ва.