ПЕРВИ́ЧНЫЕ ВОЗМУЩЕ́НИЯ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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.