Космическая инфляция

[denis_73]

Есть вопрос по теории вечной инфляции.
Книга Виленкина, "Мир многих миров", стр. 131:

Цитата:

Сверхсветовое расширение границ означает, что последовательные Большие взрывы не могут быть причинно связаны между собой. Они не похожи на домино, где падение одной костяшки вызывает падение следующей. Распространение распада вакуума предопределяется рисунком скалярного поля, порожденным во время инфляции. Поле меняется в пространстве очень плавно, и в результате вакуум в соседних областях распадается почти одновременно. Вот почему Большие взрывы следуют друг за другом в такой быстрой последовательности, а граница расширяется столь стремительно.

Расширение границ сверхсветовое и сравнение с падением костяшек, как я понял, не проходит, т. к. причиной распада вакуума в какой-то точке не является распад вакуума в соседней точке. Т. к. "Начальная сингулярность", как я понимаю, в теории вечной инфляции не рассматривается, под "Большими Взрывами", насколько помню, и понимается распад вакуума в каких-то точках и эти распады причинно не связаны.

Но вопрос возник про энтропию во время инфляции, то есть до того, как вакуум распадётся. Что происходит в это время с энтропией?
Вещества в вакууме нет. Что с температурой? Её тоже нет? Или она равна нулю?
Пространство расширяется, значит ли это, что энтропия возрастает? Или она равна нулю во время инфляции?

[DimaM]

Насколько я помню, при инфляции расширение адиабатическое.

[Bobinwl]

DimaM в сообщении #700878 писал(а):

Насколько я помню, при инфляции расширение адиабатическое.

Весьма загадочно и вполне бессмысленно. Особенно, если учесть, что Вселенная не может обмениваться энергией (с другой Вселенной), то можно ответственно заявлять, что Вселенная "с самого рождения" и до сих пор находится в адиабатическом состоянии. Но тем не менее, энтропия Вселенной продолжает нарастать.

[DimaM]

Bobinwl в сообщении #700946 писал(а):

Но тем не менее, энтропия Вселенной продолжает нарастать.

"Весьма загадочно и вполне бессмысленно", особливо если учесть, что автор спрашивал про другое.

[Bobinwl]

DimaM в сообщении #701043 писал(а):

Bobinwl в сообщении #700946 писал(а):

Но тем не менее, энтропия Вселенной продолжает нарастать.

"Весьма загадочно и вполне бессмысленно", особливо если учесть, что автор спрашивал про другое.

Не хорошо выдергивать отдельные предложения на цитаты без контекста. Вы бы еще слово процитировали, например - "обмениваться", а потом бы также бессмысленно и беспощадно заявили бы - "Автор не спрашивал про обмены". Повторюсь еще раз для вас специально: цель моего сообщения была показать бессмысленность вашего в контексте вопроса автора темы. И я этой цели вполне достиг.

[lucien]

denis_73 в сообщении #700848 писал(а):

Но вопрос возник про энтропию во время инфляции, то есть до того, как вакуум распадётся. Что происходит в это время с энтропией?Вещества в вакууме нет. Что с температурой? Её тоже нет? Или она равна нулю?

Если до распада нет температуры, то нет и ни каких других термодинамических функций, в том числе и энтропии.

Можно ли говорить о температуре до возникновения вещества? Если скалярное поле находится в чистом квантовом состоянии, то нет. Но тогда бы распад этого поля происходил одновременно во всем пространстве как редукция волнового пакета (ИМХО). Поскольку это не так (предполагается), значит поле изначально уже находилось в смешанном состоянии у ему можно сопоставить энтропию и температуру. В таком случае энтропия должна наростать пропорционально объему пространства, т.к. скалярное поле почти однородно.

Bobinwl в сообщении #700946 писал(а):

Весьма загадочно и вполне бессмысленно. Особенно, если учесть, что Вселенная не может обмениваться энергией (с другой Вселенной), то можно ответственно заявлять, что Вселенная "с самого рождения" и до сих пор находится в адиабатическом состоянии. Но тем не менее, энтропия Вселенной продолжает нарастать.

Весьма загадочно и вполне бессмысленно. Чтобы говорить об обмене энергией и аддиабатичности нужно вначале определить эти понятия. Энергия -- интеграл движения, являющийся следствием однородности во времени. Если вселенная расширяется (тем более экспоненциально -- инфляция!), то система нестационарна и такого ЗС нет. Исключение может составлять случай пространства с высокой симметрией, когда существует сопутствеющая система координат, в которой все стационарно. При хаотической инфляции такой СО нет. После инфляции расширение становится медленным, а пространство близко к однородной и изотропной модели Фридмана. Для такой вселенной понятия энергия и адиабатичность преобретают смысл.

[Bobinwl]

lucien в сообщении #701082 писал(а):

После инфляции расширение становится медленным, а пространство близко к однородной и изотропной модели Фридмана. Для такой вселенной понятия энергия и адиабатичность преобретают смысл.

Т.е. говорить об "адиабатическом расширении" при инфляции бессмысленно?

lucien в сообщении #701082 писал(а):

Весьма загадочно и вполне бессмысленно. Чтобы говорить об обмене энергией и аддиабатичности нужно вначале определить эти понятия

Не я ввел "адиабатичность" в обсуждение - я над этим определением и его логичностью усомнился - читайте внимательнее, а то вся слава DimaM мне достанется, чего мне не хочется.
Плюс я утверждал, что говорить о адиабатическом расширении Вселенной даже при современном "медленном расширении" (в контексте вопроса про энтропию) бессмысленно. Так как это при стандартном "адиабатическом расширении" теплообмена не происходит и энтропия не меняется. Но для нашей Вселенной (несмотря на "осмысленность понятия энергия и адиабатичности" о которой вы заявили) тем не менее энтропия повышается. Резюмирую - кого вы выпороли: меня, себя или DimaM я так и не понял. Наверное вы поленились почитать всю нитку от начала. Но все равно спасибо за содержательный и осмысленный пост.

[Munin]

DimaM
Bobinwl
lucien
Там в этой книге под "Большими Взрывами" подразумевается несколько не то понятие, что общепринято. Так что, смотреть на цитату и обсуждать её - ну не очень имеет смысл.

Bobinwl в сообщении #701093 писал(а):

Плюс я утверждал, что говорить о адиабатическом расширении Вселенной даже при современном "медленном расширении" (в контексте вопроса про энтропию) бессмысленно. Так как это при стандартном "адиабатическом расширении" теплообмена не происходит и энтропия не меняется. Но для нашей Вселенной (несмотря на "осмысленность понятия энергия и адиабатичности" о которой вы заявили) тем не менее энтропия повышается.

Это неверно. Вселенная сегодня расширяется адиабатически - это основа всех космологических расчётов. Энтропия Вселенной тоже константа. Примерно. Есть процессы, в которых энтропия повышается, но они ничтожно малы по сравнению с общей константной картиной. Это динамическая эволюция гравитационных систем, джинсовский коллапс в газах, горение в звёздах и прочее. С учётом того, что в какой-нибудь галактике процессы звездообразования и взрывов звёзд примерно уравновешены, а плотность газа и металличность меняются очень медленно, то это позволяет ростом энтропии пренебречь, а если галактику рассматривать как отдельную гравитирующую частицу - то тем более.

[Bobinwl]

Munin в сообщении #701191 писал(а):

Вселенная сегодня расширяется адиабатически - это основа всех космологических расчётов.

Принято. lucien об этом уже говорила.

Munin в сообщении #701191 писал(а):

Энтропия Вселенной тоже константа. Примерно. Есть процессы, в которых энтропия повышается, но они ничтожно малы по сравнению с общей константной картиной.

Всегда верил в "тепловую смерть Вселенной". Не надо было? А как же "стрела времени"? Направление ее определяется вероятностными процессами от порядка к беспорядку - т.е. согласно возрастанию энтропии. Кстати, вы ничего не сказали о повышении энтропии при образовании черных дыр (или это "динамическая эволюция гравитационных систем"?). В итоге, когда все звезды во всей Вселенной высветятся и часть сколлапсирует в черные дыры, энтропия Вселенной тоже будет "примерно такая же"?

[Munin]

Bobinwl в сообщении #701246 писал(а):

Всегда верил в "тепловую смерть Вселенной". Не надо было?

Безмозгло - не надо было. Надо хотя бы ориентироваться в порядках величин.

Bobinwl в сообщении #701246 писал(а):

А как же "стрела времени"? Направление ее определяется вероятностными процессами от порядка к беспорядку - т.е. согласно возрастанию энтропии.

Стрел времени на сегодня известно три:
- космологическая;
- термодинамическая;
- в процессах элементарных частиц (связанная, например, с тем, что если мы выберем направление спина нейтрино, то сможем отличать нейтрино от антинейтрино, и прошлое от будущего).
Некоторые другие формулировки (психологическая, "волновая" - предпочтение запаздывающих волн опережающим) в основном все сводятся к термодинамической.

Стрелу времени ФЭЧ можно не учитывать: если кроме обращения времени, отразить Вселенную в зеркале, и заменить все частицы античастицами (то есть, совершить полное CPT-отражение), то будет всё точно так же. Так что это не совсем "настоящая стрела". Считается, что стрела времени ФЭЧ связана с космологической и термодинамической: вначале во Вселенной было поровну частиц и античастиц, но за счёт расширения Вселенной одни ФЭЧ-процессы получали преимущество над другими, и частиц стало больше, и именно их мы сегодня называем частицами, а не античастицами. Если бы Вселенная, наоборот, сжималась, то может быть, наоборот, преимущество получали бы античастицы. Хотя теории этого дела ещё не построено. Именно поэтому говорят о разных стрелах.

Космологическая стрела тоже, возможно, связана с термодинамической: Вселенная возникла в состоянии с низкой энтропией, и эволюционирует в направлении высокой. Но вот тут как раз надо иметь в виду количественные оценки. Рост энтропии Вселенной велик для термодинамической стрелы: звёзды не могут "гореть" в обратную сторону, и живые существа - жить в обратную сторону тоже. Но для космологической стрелы времени он пренебрежимо мал. При расчёте космологической истории Вселенную считают заполненной равномерно пылью или газом - или фотонами - и изменение энтропии этой среды приравнивают к нулю. Получаются модели, согласующиеся с реальностью где-то до 2-5 знака. А изменение энтропии дало бы к этой картине поправку, может быть, в 10-15 знаке. Ну и кого она волнует?

Тепловая смерть Вселенной наступит через $10^4\text{-}10^{100}$ нынешних возрастов Вселенной. См. http://en.wikipedia.org/wiki/Future_of_ ... g_universe Ею на нынешнем этапе можно смело пренебречь.

[Bobinwl]

Munin в сообщении #701268 писал(а):

- в процессах элементарных частиц (связанная, например, с тем, что если мы выберем направление спина нейтрино, то сможем отличать нейтрино от антинейтрино, и прошлое от будущего).

Интересно как это мы его выберем в изотропном пространстве? Выберем, перевернемся с ног на голову и поменяем направление времени? Не кажется ли вам такая стрела времени "формальным признаком"?

Munin в сообщении #701268 писал(а):

Стрелу времени ФЭЧ можно не учитывать: если кроме обращения времени, отразить Вселенную в зеркале, и заменить все частицы античастицами (то есть, совершить полное CPT-отражение), то будет всё точно так же. Так что это не совсем "настоящая стрела".

Хорошо, не учитываем. Это совсем не настоящая стрела времени, которая должна быть асимметрична по времени.

Munin в сообщении #701268 писал(а):

Космологическая стрела тоже, возможно, связана с термодинамической

Можете вкратце сказать, из чего она образуется? Из расчета "базисной" энтропии газа и фотонов Вселенной, которая приравнивается равной 0? Я не понял. Особенно не понятно ваше "возможно, связана". Что вы этих сказать то хотели? Что не уверены, что эволюция вселенной происходит только по статистическим (термодинамическим) законам и допускаете другие возможности? Или не знаете, почему энтропия новорожденной Вселенной была низкой по сравнению с той, которая будет через $10^4\text{-}10^{100}$ нынешних возрастов Вселенной?

Также неясно следующее: если "базовую" энтропию приравнять 0, то даже небольшое изменение это величины (т.е. 0) уже существенно. Похоже на то, как если бы в точке $x$ сравнивать величины $dy$ с $y$ и говорить, что производной можно пренебречь.

Munin в сообщении #701268 писал(а):

Получаются модели, согласующиеся с реальностью где-то до 2-5 знака.

А что измеряют? И при чем здесь энтропия?

[Munin]

Bobinwl в сообщении #701582 писал(а):

Интересно как это мы его выберем в изотропном пространстве?

У нейтрино есть направление движения. По отношению к нему и выбирается направление спина. Это называется "спиральность" (точнее, называлось тогда, когда считалось, что масса у нейтрино нулевая).

Bobinwl в сообщении #701582 писал(а):

Не кажется ли вам такая стрела времени "формальным признаком"?

Это результат физического эксперимента. Нет, не кажется.

Bobinwl в сообщении #701582 писал(а):

Можете вкратце сказать, из чего она образуется? Из расчета "базисной" энтропии газа и фотонов Вселенной, которая приравнивается равной 0? Я не понял.

С чего вы взяли, что она приравнивается к нулю?

Bobinwl в сообщении #701582 писал(а):

Особенно не понятно ваше "возможно, связана". Что вы этих сказать то хотели? Что не уверены, что эволюция вселенной происходит только по статистическим (термодинамическим) законам и допускаете другие возможности? Или не знаете, почему энтропия новорожденной Вселенной была низкой по сравнению с той, которая будет через $10^4\text{-}10^{100}$ нынешних возрастов Вселенной?

Второе. Я не знаю, почему энтропия новорождённой Вселенной низка, и никто не знает.

Bobinwl в сообщении #701582 писал(а):

А что измеряют?

Измеряют разные космологические параметры: форму Вселенной, изменение скорости разлетания со временем, скорость остывания, процентное содержание водорода, гелия и других элементов, и прочее.

Bobinwl в сообщении #701582 писал(а):

И при чем здесь энтропия?

Ну знаете, после всего, что я написал...

[lucien]

Munin в сообщении #701592 писал(а):

Bobinwl в сообщении #701582 писал(а):

Не кажется ли вам такая стрела времени "формальным признаком"?

Это результат физического эксперимента. Нет, не кажется.

На нынешнем уровне эксперимента связать с ФЭЧ стрелу времени неполучится (нейтрино тут вам не помогут). Нарушение Т-инвариантности означало бы нарушение принципа детального равновесия: квадрат модуля амплитуды прямого и обращенного во времени процессов равны. В результате мы могли бы отличать прошлое от будущего. Но беда в том, что не известно не одного процесса, в котором бы принцип детального равновесия нарушался. О нарушении Т-инвариантности сейчас можно судить лишь косвенно -- из СРТ-теоремы. Если есть нарушение СР, то должна нарушаться и Т-инвариантность. Должна, но.... эксперимента подтверждающего это пока нет.

Munin в сообщении #701268 писал(а):

Считается, что стрела времени ФЭЧ связана с космологической и термодинамической

Первый раз встречаю подобное утверждение. В литературе на сей счет говорится, что физичиская причина нарушения Т-инвариантности неизвестна. Похоже, что вам известно что-то, неизвестное другим. Поделитесь.

Munin в сообщении #701268 писал(а):

Космологическая стрела тоже, возможно, связана с термодинамической

Для начала, хотелось бы понять само определение космологической стрелы. Если вселенная сменила расширение на сжатие, то стрела поменяла направление или нет? Все осмысленные определения стрелы времени связаны с необратимостью процессов. Космология без термодинамики обратима.

[Munin]

lucien в сообщении #701670 писал(а):

На нынешнем уровне эксперимента связать с ФЭЧ стрелу времени неполучится (нейтрино тут вам не помогут). Нарушение Т-инвариантности означало бы нарушение принципа детального равновесия: квадрат модуля амплитуды прямого и обращенного во времени процессов равны.

Ну хоспади, если так интерпретировать принцип детального равновесия, то и уран распадаться не должен, потому что в обратную сторону он должен собираться с той же скоростью :-) Всё дело в условиях, кинематике, химпотенциалах. Они во времени не обращаются, так что ваш принцип неприложим.

lucien в сообщении #701670 писал(а):

О нарушении Т-инвариантности сейчас можно судить лишь косвенно -- из СРТ-теоремы. Если есть нарушение СР, то должна нарушаться и Т-инвариантность. Должна, но.... эксперимента подтверждающего это пока нет.

Более того, известные сейчас нарушения CP - не того типа, чтобы дать нужное нарушение T. Так что даже если нужное нарушение CP найдут - это уже будет большая удача, а уж напрямую подтвердить нарушение T - может быть, и нереально будет такой эксперимент поставить. Примерно на уровне запихивания зубной пасты в тюбик, или продуктов распада обратно в ядро урана. Ну нельзя запихнуть пузырьки пара обратно в чайник, чтобы он обратно в электрическую розетку всю потраченную мощность выдал.

lucien в сообщении #701670 писал(а):

Первый раз встречаю подобное утверждение. В литературе на сей счет говорится, что физичиская причина нарушения Т-инвариантности неизвестна. Похоже, что вам известно что-то, неизвестное другим. Поделитесь.

Причина неизвестна. Зато представляется достаточно ясно, какие у него последствия. Это на уровне стандартных космологических расчётов: запихиваем такую-то модель на микроуровне в такую-то Вселенную с такими-то химпотенциалами и температурой, и смотрим, что получается.

lucien в сообщении #701670 писал(а):

Для начала, хотелось ды понять само определение космологической стрелы. Если вселенная сменила расширение на сжатие, то стрела поменяла направление или нет?

Да, считается, что поменяла. Потому что в стандартных космологических моделях, повторяю, рост энтропии вещества на микроуровне не учитывается.

Введение в космологию, рекомендую:
Зельдович, Новиков. Строение и эволюция Вселенной.
Книжка старая, поэтому в ней нет инфляции, DE, DM, флуктуаций. Но с основами знакомит. Потом можно:
Горбунов, Рубаков. Введение в теорию ранней Вселенной.
Это уже свежачок.

lucien в сообщении #701670 писал(а):

Все осмысленные определения стрелы времени связаны с необратимостью процессов.

Здесь вы лично по своему произволу отбрасываете те определения, которые вам не нравятся, как "не осмысленные". А они в литературе обсуждаются. Так что это нечестно.

[lucien]

Munin в сообщении #701689 писал(а):

Ну хоспади, если так интерпретировать принцип детального равновесия, то и уран распадаться не должен, потому что в обратную сторону он должен собираться с той же скоростью

Во-первых, я принцип детального равновесия никак не трактовала (а лишь привела его формулировку). Во-вторых, в $\beta$-распаде Т-инвариантность не нарушается. Так что в точно обращенном процессе уран соберется.

Munin в сообщении #701689 писал(а):

Ну нельзя запихнуть пузырьки пара обратно в чайник, чтобы он обратно в электрическую розетку всю потраченную мощность выдал.

Вы все пытаетесь заменить необратимость уравнений необратимостью процессов. Речь же совсем о другом -- о заложенной в стандартной модели Т-необратимости. И прямое подтверждение этому может быть только одно -- через нарушение детального равновесия. Сейчас ищутся косвенные признаки -- например дипольный момент нейтрона (тоже нарушающий Т-инв.)

Munin в сообщении #701689 писал(а):

Да, считается, что поменяла.

Интересное определение. Тогда можно и так: от восхода до полдня время течет в одну сторону, а от полдня до захода в другую. (Ночью время отдыхает и ни куда не течет).