Будущее Вселенной.

[Cirill]

Задавал этот вопрос на астрофоруме, но к сожалению внятных ответов не получил. Тогда пошел на е-саенс и к моему удивлению ни одного ответа по теме и там не получил , теперь это последнее пристанище

Итак, слышал про всякие разные сценарии, напрашивается вывод, что еще далеко не все известно раз такой разнобой прогнозов (которые не отметаются сходу как ненаучные), какие данные бы прояснили картину? Что должны обнаружить? Думаю недостаточно объяснений типа: "мейнстрим на сегодня, что будем расширяться вечно и ускоренно из-за темной энергии", хотелось бы все таки детальней рассмотреть тему


И дополнительно вопрос, касаемо одного из сценариев, прогнозирующего дальнейшее расширение пространства с расщеплением на части материальных объектов. Вроде как считается, что при расширении пространства гравитация препятствует растяжению галактик (и соответственно всего внутри них), а может быть так, что сила антигравитация на ничтожную величину выше, чем гравитации, т.е. "расщепление" галактик происходит, но крайне медленно, потому считается ненаблюдаемым?

Кстати как проявили себя ТМ и ТЭ в ранней Вселенной?

[Munin]

Cirill в сообщении #763086 писал(а):

Итак, слышал про всякие разные сценарии, напрашивается вывод, что еще далеко не все известно раз такой разнобой прогнозов (которые не отметаются сходу как ненаучные),

Да, не всё известно.

Cirill в сообщении #763086 писал(а):

Думаю недостаточно объяснений типа: "мейнстрим на сегодня, что будем расширяться вечно и ускоренно из-за темной энергии"

Почему недостаточно?

Cirill в сообщении #763086 писал(а):

какие данные бы прояснили картину? Что должны обнаружить?

Прояснили бы картину данные по:
- тёмной энергии (квинтэссенции), её уравнению состояния. Действительно ли оно $p=-\varepsilon,$ или есть поправки? Распределена ли она в космосе равномерно, или есть флуктуации? Какие они, коррелируют ли с флуктуациями вещества? Есть ли какое-то взаимодействие между тёмной энергией и веществом, или они абсолютно независимы? Это главный пункт.
- инфляции и инфлатону. Каков потенциал инфлатона вблизи минимума, каков сценарий окончания инфляции? Какие дополнительные поля принимали в нём участие? Является ли нынешний минимум стабильным или метастабильным?
- глобальной форме и топологии Вселенной. Всякие "оси зла", анизотропии, сферы Пуанкаре, "дудочки" и прочее. Тема очень "жёлтая", но нельзя исключать, что нетривиальность действительно есть.
- тёмной материи, новым полям, новой физике, любой экзотике, типа космических струн. Шансов очень мало, что любые новости в этой области повлияют на конечный сценарий (кроме варианта п. 1), но они есть.

Проблема в том, что все эти данные очень трудно получить. Учёные практически уже выжали всё, что только можно, из реликтового излучения (CMB), и продолжают выжимать ещё больше. То же относится к барионным акустическим колебаниям. Остальные методы исследований дают пока нуль информации, и вряд ли в ближайшее время дадут больше:
- эксперименты физики элементарных частиц (прежде всего LHC и ILC);
- нейтринная астрономия;
- наблюдения гравитационных волн.

Cirill в сообщении #763086 писал(а):

И дополнительно вопрос, касаемо одного из сценариев, прогнозирующего дальнейшее расширение пространства с расщеплением на части материальных объектов. Вроде как считается, что при расширении пространства гравитация препятствует растяжению галактик (и соответственно всего внутри них), а может быть так, что сила антигравитация на ничтожную величину выше, чем гравитации, т.е. "расщепление" галактик происходит, но крайне медленно, потому считается ненаблюдаемым?

Это возможно только в сценариях типа Big Rip, в которых тёмная энергия не константа со временем.

Cirill в сообщении #763086 писал(а):

Кстати как проявили себя ТМ и ТЭ в ранней Вселенной?

На протяжении классических горячих стадий - DE была константой (поводов предполагать иное нет). DM (в варианте WIMP) в какой-то момент перешла из "горячего" в "холодное" состояние. Когда это было - точно не известно, сегодня считается, что переход radiation dominated - matter dominated произошёл где-то до первичной рекомбинации, но после всех остальных стадий.

В эпоху инфляции, видимо, не было никаких DE и DM. Но "Наши знания об этом времени весьма скудны и приблизительны, и события эти по большей части принадлежат области неизвестного..." ©

-- 12.09.2013 11:00:06 --

Cirill в сообщении #763086 писал(а):

Задавал этот вопрос на астрофоруме, но к сожалению внятных ответов не получил. Тогда пошел на е-саенс и к моему удивлению ни одного ответа по теме и там не получил :facepalm: , теперь это последнее пристанище :-(

Если вы готовы к серьёзному разговору, то можете попробовать ещё такие места:
http://modcos.com/forum/
http://physics.stackexchange.com/

[Cirill]

благодарю за подробный ответ, правильно ли я понял тезис, что бесконечное ускоренное расширение за счет темной энергии, это основа прогноза, а остальные данные (по 4 названным группам явлений) способны несколько детализировать это предсказание?

Можно ли ожидать методологического прорыва или по крайней мере существенных подвижек? или нас ждет стагнация, с выжиманием небольших порций дополнительных знаний из практически исчерпанных источников?

Еще уточнения, прошу прощения, если звучит глупо, но хочу быть уверенным, что понял 100%, то, что Вы имели ввиду:
"Горячее" и "холодное" состояние это ведь и есть формат: 1) излучение (энергия), 2) остывание до состояния материи, так?

Под "первичной рекомбинацией" понимается та самая космологическая рекомбинация, или это дополнительный термин?

Так понял, что происхождение ТМ и ТЭ пока что совершенно неясно.

спасибо за ссылки, к серьезному разговору пока еще не готов, но ознакомлюсь с ведущимися там обсуждениями

[Munin]

Cirill в сообщении #763139 писал(а):

благодарю за подробный ответ, правильно ли я понял тезис, что бесконечное ускоренное расширение за счет темной энергии, это основа прогноза, а остальные данные (по 4 названным группам явлений) способны несколько детализировать это предсказание?

Да.

Основа прогноза - модель Де Ситтера, которая описывает расширяющуюся вселенную, в которой ничего, кроме $\Lambda$-члена, нет. Такая вселенная расширяется по экспоненте. Реальная Вселенная уже перешла в де-ситтеровский режим (dark energy dominance) из фридмановского (radiation / matter dominance), и будет асимптотически приближаться к модели Де Ситтера, по мере того, как отношение вещество : тёмная энергия будет падать.

Cirill в сообщении #763139 писал(а):

Можно ли ожидать методологического прорыва или по крайней мере существенных подвижек?

Методологический прорыв штука такая: его никогда ожидать нельзя :-) Если было бы известно, какая методология лучше, то её бы и использовали раньше.

Вообще, в астрономии в конце 20 - в начале 21 века, действительно, время прорыва и прорывов, как уже свершившихся, так и ещё ожидаемых. Это период:
- резкого улучшения экспериментальной техники, на основе микроэлектроники, автоматизации и смежных технологий;
- резкого увеличения возможностей компьютерного моделирования;
- в некоторой степени - прогресс космической техники, более массовый и дешёвый вывод инструментов в космос.

Но вот конкретно для заданного вопроса это всё мало что может сделать в будущем, урожаи уже собраны в прошлом:
- наблюдение сверхновых позволило в 1998 открыть саму тёмную энергию;
- наблюдение реликтового излучения миссиями WMAP, Planck позволило уточнить космологические параметры;
- барионные акустические осцилляции оцениваются по наземным наблюдениям, прежде всего по каталогам (галактик и квазаров) на высоких $z.$ Конечно, эти каталоги пока ещё очень малы и выборочны, их можно расширять и расширять во много раз (да и каждый каталог - это многолетний проект наблюдений).

Cirill в сообщении #763139 писал(а):

Еще уточнения, прошу прощения, если звучит глупо, но хочу быть уверенным, что понял 100%, то, что Вы имели ввиду:
"Горячее" и "холодное" состояние это ведь и есть формат: 1) излучение (энергия), 2) остывание до состояния материи, так?

Ну, если строго, то "горячим веществом" в космологии называется вещество с уравнением состояния (ультра)релятивистского газа, где энергия частицы в тепловом движении $E\gg m,$ а "холодным" - с уравнением состояния нерелятивистского газа, где $E\ll m.$ Первое также называется "релятивистская плазма", "излучение" (поскольку ведёт себя как газ фотонов), но на самом деле состоит не только из фотонов, но и из электронов, протонов и прочего - но всё при таких энергиях, что постоянно идут процессы рождения-уничтожения частиц и античастиц. Второе также называется "вещество" (matter), "пыль". Надо иметь в виду, что слова radiation и matter в этом смысле - жаргонные, узко в области космологии, поскольку отвечают двум вариантам модели Фридмана-Леметра. В остальной физике их в таком смысле применять не следует, а стоит уточнять.

Cirill в сообщении #763139 писал(а):

Под "первичной рекомбинацией" понимается та самая космологическая рекомбинация, или это дополнительный термин?

По поводу стадий горячей Вселенной ("стадий Большого Взрыва") можно почитать литературу по космологии, например,
Зельдович, Новиков. Строение и эволюция Вселенной.
Горбунов, Рубаков. Введение в теорию ранней Вселенной.
Вайнберг. Космология.
Бисноватый-Коган. Релятивистская астрофизика и физическая космология.
очень хороша популярная книжка
Вайнберг. Первые три минуты.
(Больше названий здесь: «Литература по астрономии: аннотированный список».)

Вкратце, Вселенная, остывая, превращалась из первичного супа самых фундаментальных частиц, в современные элементы вещества:
- кварк-глюонная плазма, завершившаяся бариосинтезом - объединением кварков в адроны;
- адронная плазма, завершившаяся нуклеосинтезом - объединением протонов и нейтронов в ядра (в основном водород и гелий);
- "обычная" плазма из ядер и электронов ("первичная плазма"), завершившаяся первичной рекомбинацией. При этом излучение отделилось от вещества, и осталось в виде реликтового излучения до наших дней.
Впоследствии в некоторых астрофизических процессах при образовании звёзд и галактик, часть газа была ионизирована обратно ("вторичная ионизация").

Терминов тут больше, чем событий.

Cirill в сообщении #763139 писал(а):

Так понял, что происхождение ТМ и ТЭ пока что совершенно неясно.

Ага. Даже их природа неясна, чего там говорить о происхождении.

Cirill в сообщении #763139 писал(а):

спасибо за ссылки, к серьезному разговору пока еще не готов, но ознакомлюсь с ведущимися там обсуждениями

Ещё читайте литературу: книги, написанные учёными, научные статьи (не в журналах для публики, а в научных журналах), доклады и лекции учёных, сайты научных групп.