Инфляционная модель

[kirillivanov]

Добрый вечер. У меня четыре вопроса, и все они касаются инфляционной модели.

Почему в модели ложный вакуум распадается сразу в тот вакуум, который называется истинным?
Почему между ложным вакуумом поля инфлатона и истинным вакуумом не могли бы быть промежуточные ложные вакуумы с разной энергией?
Какого характерное время удвоения Вселенной в состоянии истинного вакуума?
И сколько периодов удвоения она уже пережила?

[Munin]

kirillivanov в сообщении #824222 писал(а):

Почему в модели ложный вакуум распадается сразу в тот вакуум, который называется истинным?

А куда ещё? Больше некуда. Впрочем, есть chaotic inflation - там в тот, но не сразу. Есть landscape - там, может быть, в другой ложный.

kirillivanov в сообщении #824222 писал(а):

Почему между ложным вакуумом поля инфлатона и истинным вакуумом не могли бы быть промежуточные ложные вакуумы с разной энергией?

Могли бы быть - см. выше про landscape. Но сначала мы всегда строим простейшую гипотетическую модель, а затем усложняем её, если это понадобится.

kirillivanov в сообщении #824222 писал(а):

Какого характерное время удвоения Вселенной в состоянии истинного вакуума?

Если под истинным вакуумом вы подразумеваете $\Lambda=0,$ то в этом режиме Вселенная вообще расширяется не по экспоненте, а по степенному закону. Это называется режим (и модель) Фридмана-Леметра. Конкретная степень зависит от уравнения состояния вещества: для холодного вещества (matter domination) $a\sim t^{2/3}$ (в начале расширения, а потом формула более сложная), для горячего вещества (radiation domination) $a\sim t^{1/2}.$

kirillivanov в сообщении #824222 писал(а):

И сколько периодов удвоения она уже пережила?

С какого момента? Берёте $a/a_0,$ от него логарифм по основанию 2...

[kirillivanov]

Munin в сообщении #824241 писал(а):

Впрочем, есть chaotic inflation - там в тот, но не сразу. Есть landscape - там, может быть, в другой ложный.

В хаотической инфляции разброс разных уровней вакуума "пространственный" (если можно так выразиться): то есть домены "расположены" в разных частях общей Вселенной. Я же говорю о разбросе "временном": то есть разные типы вакуума, распадаясь один в другой, сменяют друг друга, и каждый новый вакуум охватывает собой все пространство Вселенной.

Munin в сообщении #824241 писал(а):

Если под истинным вакуумом вы подразумеваете $\Lambda=0,$ то в этом режиме Вселенная вообще расширяется не по экспоненте, а по степенному закону. Это называется режим (и модель) Фридмана-Леметра. Конкретная степень зависит от уравнения состояния вещества: для холодного вещества (matter domination) $a\sim t^{2/3}$ (в начале расширения, а потом формула более сложная), для горячего вещества (radiation domination) $a\sim t^{1/2}.$

То есть в режиме истинного вакуума Вселенная расширяется уже не по экспоненте? С чем это связано? С наличием вещества?

Munin в сообщении #824241 писал(а):

С какого момента?

Рассматривая теорию инфляции, с момента, когда Вселенная перешла от состояния с ложным вакуумом в состояние с истинным.

[Munin]

kirillivanov в сообщении #824247 писал(а):

В хаотической инфляции разброс разных уровней вакуума "пространственный"

Я о другом. Посмотрите в http://arxiv.org/abs/0705.0164 на рисунок 1, к примеру.

kirillivanov в сообщении #824247 писал(а):

То есть в режиме истинного вакуума Вселенная расширяется уже не по экспоненте? С чем это связано? С наличием вещества?

Нет. С отсутствием отрицательного давления вакуума.

Но напоминаю, истинный вакуум ≠ нулевая лямбда. Это разные понятия, и могут сочетаться в любых комбинациях.

kirillivanov в сообщении #824247 писал(а):

Рассматривая теорию инфляции, с момента, когда Вселенная перешла от состояния с ложным вакуумом в состояние с истинным.

То есть, начиная с фридмановского режима. Точно этот момент не известен, но оценивается как момент, когда Вселенная была размером с апельсин :-) $a\sim 1\text{ м}.$ Вот и делите.

Но помните, что раз во фридмановском режиме расширение экспоненциальное, то никаких периодов удвоения, строго говоря, не было. Удвоение - было, но отнюдь не периодическое.

[kirillivanov]

Munin в сообщении #824257 писал(а):

Я о другом. Посмотрите в http://arxiv.org/abs/0705.0164 на рисунок 1, к примеру.

Читал перевод этой статьи, в немного "удобоваримой" форме.
Проблема вот в чем. Еще до создания модели хаотической инфляции, когда Гут впервые выдвинул эту прекрасную научную концепцию, суть была в том, чтобы ложный вакуум распадался очень быстро, через один-два периода удвоения. Потому что в обратном случае границы пузырей истинного вакуума никогда бы не столкнулись. Однако это приводило к тому, что к концу инфляции Вселенная оказывалась очень маленькой. И именно поэтому Гут предположил, что может быть ложный вакуум распадается намного позже, что приводит к появлению отдельных пузырей истинного, но инфляция никогда не оканчивается.

Однако, если изначальный ложный вакуум распадался скачкообразно во времени (каждая следующая ступень, это вакуум с энергией меньше предыдущего, но он опять же ложный: он распадается позже, чем предыдущий, период удвоения его больше, чем у предыдущего, однако он заполняет всю Вселенную), то масштабный фактор Вселенной постоянно увеличивается. Вместе с этим не получаются отдельные домены с разными вакуумами, "сосуществующими" в пространстве Вселенной, а получается Вселенная, которая существует в разных вакуумных состояниях в разные отрезки времени.

[Munin]

kirillivanov в сообщении #824268 писал(а):

Читал перевод этой статьи, в немного "удобоваримой" форме.

Часто переводы таких статей некачественны. Лучше читать оригинал.

kirillivanov в сообщении #824268 писал(а):

Вместе с этим не получаются отдельные домены с разными вакуумами, "сосуществующими" в пространстве Вселенной, а получается Вселенная, которая существует в разных вакуумных состояниях в разные отрезки времени.

Почему вы думаете, что первого не получается?

[kirillivanov]

Munin в сообщении #824279 писал(а):

Почему вы думаете, что первого не получается?

Потому что каждый новый вакуум заполняет собой все пространство Вселенной. До того, как сам начнет распадаться.

[Munin]

kirillivanov в сообщении #824281 писал(а):

Потому что каждый новый вакуум заполняет собой все пространство Вселенной.

А это вы почему так думаете?

[kirillivanov]

Munin в сообщении #824286 писал(а):

А это вы почему так думаете?

А как иначе? Разные вакуумы в одной Вселенной?

Вселенная рождается в состоянии с очень высокоэнергетическим ложным вакуумом с колоссальным отрицательным давлением и сразу же начинает расширяться по экспоненте. Период удвоения его равен планковскому времени, однако этот вакуум к тому же очень нестабилен. После пары таких периодов начинается распад на другой, более низкоэнергетичный вакуум. Этот второй, хоть и ложный, хоть и отрицательное давление у него большое, но оно меньше первого: поэтому его расширение по экспоненте имеет немного больший период удвоения. Поскольку Вселенная маленькая, границы пузырей нового вакуума очень быстро сталкиваются, и новый вакуум охватывает собой всю Вселенную. Несколько периодов удвоения, и он тоже распадается на третий вакуум. И так, далее.

[Munin]

kirillivanov в сообщении #824290 писал(а):

А как иначе?

Ну, например, не полностью.

kirillivanov в сообщении #824290 писал(а):

Разные вакуумы в одной Вселенной?

Вы же сами начитались про всякие пузыри одних вакуумов в другом вакууме. Что теперь стопорнуло?

kirillivanov в сообщении #824290 писал(а):

Период удвоения его равен планковскому времени

Не равен, а того же порядка. И чисто из соображений порядка.

kirillivanov в сообщении #824290 писал(а):

Поскольку Вселенная маленькая, границы пузырей нового вакуума очень быстро сталкиваются, и новый вакуум охватывает собой всю Вселенную.

Ровно наоборот. Старый вакуум между пузырями удваивается быстрее, чем новый внутри них.

[kirillivanov]

Munin в сообщении #824306 писал(а):

Вы же сами начитались про всякие пузыри одних вакуумов в другом вакууме. Что теперь стопорнуло?

Да. Но какой то хаос получается.
В конце концов вакуум может распасться настолько, чтобы $\Lambda$ стала нулевой или отрицательной, что приведет к схлопыванию Вселенной. И тогда не будет пресловутой вечной инфляции.

Munin в сообщении #824306 писал(а):

Ровно наоборот. Старый вакуум между пузырями удваивается быстрее, чем новый внутри них.

Но ведь границы нового двигаются со скоростью света. Если Вселенная маленькая, они быстро столкнутся.

[Munin]

kirillivanov в сообщении #824310 писал(а):

И тогда не будет пресловутой вечной инфляции.

Вечная - один из вариантов гипотезы инфляции вообще. Хаотическая - другой из вариантов. Если окончательно вакуум устанавливается в состоянии нулевой или отрицательной энергии, - это третий из вариантов. В чём проблема.

kirillivanov в сообщении #824310 писал(а):

Но ведь границы нового двигаются со скоростью света.

Это локальная скорость. А удвоение размеров - это глобальная.

kirillivanov в сообщении #824310 писал(а):

Если Вселенная маленькая, они быстро столкнутся.

Независимо от того, маленькая или не маленькая, они могут столкнуться, если изначально возникнут близко. А если возникнут далеко - Вселенная будет становиться большой с опережением.

Ёлки-палки, да прочитайте вы формулы! И сами всё это считайте. Всем будет намного проще. Объяснять каждую формулу на пальцах во много слов - это неудобно.

[kirillivanov]

Munin в сообщении #824315 писал(а):

Вечная - один из вариантов гипотезы инфляции вообще. Хаотическая - другой из вариантов.

Не знал, что они разные.

Munin в сообщении #824315 писал(а):

Если окончательно вакуум устанавливается в состоянии нулевой или отрицательной энергии, - это третий из вариантов.

Допустим, вакуум в пузыре установился в состоянии нулевой или отрицательной энергии. Он начинает сжиматься. Что происходит с границами?

Munin в сообщении #824315 писал(а):

Это локальная скорость. А удвоение размеров - это глобальная.

Но если удвоение происходит за достаточно долгое время, у границ есть шанс столкнуться.

Munin в сообщении #824315 писал(а):

Ёлки-палки, да прочитайте вы формулы! И сами всё это считайте. Всем будет намного проще. Объяснять каждую формулу на пальцах во много слов - это неудобно.

Согласен. Прошу прощения.

[Munin]

kirillivanov в сообщении #824330 писал(а):

Не знал, что они разные.

На это намекают их разные названия.

Вообще, инфляция существует в куче разных вариантов, и обзоры Линде посвящены, в частности, тому, чтобы перечислить эти варианты.

kirillivanov в сообщении #824330 писал(а):

Допустим, вакуум в пузыре установился в состоянии нулевой или отрицательной энергии. Он начинает сжиматься. Что происходит с границами?

Если нулевой - то не начинает сжиматься. С чего бы ему?

Границы - могут по-прежнему двигаться наружу с локальной скоростью, равной скорости света. Этакий "всепоглощающий коллапс" :-)

kirillivanov в сообщении #824330 писал(а):

Но если удвоение происходит за достаточно долгое время, у границ есть шанс столкнуться.

Это зависит от соотношения между временем удвоения и начальным расстоянием. :facepalm: Ну напишите же вы формулы!

[kirillivanov]

Munin в сообщении #824343 писал(а):

Если нулевой - то не начинает сжиматься. С чего бы ему?

А гравитация вещества разве не заставит его сжиматься?

Munin в сообщении #824343 писал(а):

Границы - могут по-прежнему двигаться наружу с локальной скоростью, равной скорости света. Этакий "всепоглощающий коллапс"

Как растущая черная дыра?