Несколько вопросов по теории Большого Взрыва

[мат-ламер]

Первоначально хотел назвать тему - почему наш мир состоит из вещества. Но понял, что так ставить вопрос глупо. Если бы наш мир состоял только из антивещества, то его обитатели назвали бы его веществом. Вещество и антивещество тоже вместе существовать не могут. Но я бы хотел спросить не только об этом, но и почему вещество в Вселенной распределено примерно равномерно. Традиционная теория большого взрыва (по Фридману) объясняет этот вопрос так. Первоначально во Вселенной внезапно возникло вещество и антивещество примерно в равных пропорциях и в достаточно большом количестве (интересно откуда?). Но вещества было на какую-то милиардную долю больше. После аннигиляции мир стал расширяться. Тут у меня тоже непонятки. Столько вещества в маленьком объёме должно сразу схлопуться в чёрную дыру. В дальнейшем от этой гипотезы отказались в силу того, что она не объясняла, почему вещество во Вселенной распределено относительно равномерно. Также непонятно было, почему наш мир плоский на самых больших наблюдаемых расстояниях. В моду вошала инфляционная теория. Вот тут у меня опять непонятки. Инфляционная теория предполагает, что вещество образуется одновременно с инфляционным расширением равномерно по всей Вселенной. А вот как оно образуется? Также как и в предыдущей гипотезе - одновременно как вещество и антивещество? Тогда коэфициент преобладания вещества над антивеществом должен очень точно выдерживаться на протяжении всего инфляционного расширения по всей Вселенной. Иначе мы получим опять сильную неравномерность распределения вещества. Тогда встаёт вопрос - откуда берётся этот коэффициент, и почему его значение равно тому, чему оно равно? Если вещество образовалось без антивещества, то откуда взялось столько фотонов?

[EvilPhysicist]

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Если бы наш мир состоял только из антивещества, то его обитатели назвали бы его веществом

Даже больше. Вещество и антивещество это просто названия.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Вещество и антивещество тоже вместе существовать не могут

Вообще говоря могут, если непосредственно не взаимодействуют. В смысле могут через поле, но при столкновении они вообще говоря просто перейдут в другую форму материи и все.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Первоначально во Вселенной внезапно возникло вещество и антивещество примерно в равных пропорциях и в достаточно большом количестве (интересно откуда?)

Ну дак если бы не было вещества мы бы не возникли. Ну а откуда вещество взялось в самом начале, дак про это, на сколько я знаю, вам никто не скажет.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

После аннигиляции мир стал расширяться

Ну тут скорее всего вы не правы. Мир сразу начал расширяться. Связано это с тем, что у материи была масса. Более того, даже если аннигиляции происходили, то энергии тогда были такие, что вполне могли и рождаться пары, например электрон-позитронные.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Столько вещества в маленьком объёме должно сразу схлопуться в чёрную дыру

Ну это можно легко проверить. Рассчитать радиус чёрной дыры для распределения массы для того размера вселенной. Опять же подчеркну, что я не специалист в ОТО и космологии, но мне с моих позиций думается, что радиус черной дыры был бы больше тогдашних размеров вселенной. А при её расширении плотность распределение массы станет таковой, что черной дыры из неё не получится.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Инфляционная теория предполагает, что вещество образуется одновременно с инфляционным расширением равномерно по всей Вселенной. А вот как оно образуется?

Не уверен на счёт того, что сейчас инфляционная теория актуальна, но на сколько я знаю, сейчас получается объяснить быстрое расширение вселенной не нулевой энергией вакуумных состояний, которая вела к ускоренному расширению вселенной.

[Munin]

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Несколько вопросов по гипотезе Большого Взрыва

Во-первых, не "по гипотезе Большого Взрыва", а "по теории Большого Взрыва". Вы ЗУ, исправьте, пожалуйста, название темы. Называть это гипотезой неверно, а для многих специалистов и оскорбительно.

Кроме того, даже "теория Большого Взрыва" - не совсем правильное название. Это не одна теория, а целая система взаимосвязанных и неотделимых друг от друга теорий, некоторые сильно пересекающиеся подмножества которой носят или носили названия "теория горячего начального состояния", "классическая космология" и "Стандартная Космологическая Модель".

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Вещество и антивещество тоже вместе существовать не могут.

Могут. Собственно, на протяжении горячих стадий Большого Взрыва они именно это всё время и делали. Единственное условие - ненулевая температура (на шкале порядка $mc^2/k$), тогда процессы аннигиляции находятся в равновесии с процессами рождения вещества и антивещества. Или не в равновесии, если процесс неравновесный - например, в некоторых подсистемах и на некоторых стадиях Большого Взрыва равновесие устанавливалось, а в других нет.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Традиционная теория большого взрыва (по Фридману) объясняет этот вопрос так. Первоначально во Вселенной внезапно возникло вещество и антивещество примерно в равных пропорциях и в достаточно большом количестве (интересно откуда?).

Фридман тут совсем-совсем ни при чём, это всё 50-е и позже. До этого физика элементарных частиц не могла осветить, как ведёт себя вещество при экстремальных плотностях и температурах.

"Откуда" - вопрос, остававшийся открытым для классической космологии, потом на него нашлось решение в теории инфляции (в классическую космологию не входящей).

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Но вещества было на какую-то милиардную долю больше.

Возможно, первоначально их было поровну, а потом пропорция сдвинулась. Напоминаю, на горячих стадиях процессы рождения и аннигиляции (а также другие процессы, в которых рождались и уничтожались частицы) шли непрерывно. Не было так, что сначала всё возникло, потом аннигилировало, а в промежутке сидело и ждало. Был некий "суп", самим своим существованием попросту обязанный высокой температуре. И состав этого "супа" почти полностью температурой определялся. Научное название - "ультрарелятивистская плазма".

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

После аннигиляции мир стал расширяться

Не после, а до. Расширяться мир начал во время инфляции - аннигиляции тогда не было, как и вещества не было. А аннигиляция началась после окончания инфляции, когда появилось вещество.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Тут у меня тоже непонятки. Столько вещества в маленьком объёме должно сразу схлопуться в чёрную дыру.

Необходимым начальным условием схлопывания в чёрную дыру (неизвестным только читателям популярщины) является не только большая масса, но и нулевая начальная скорость этой массы. Когда речь идёт о звезде, это условие очевидно выполнено. А в Большом Взрыве оно было очевидно не выполнено - начальная скорость имела характер быстрого разлёта.

Из-за флуктуаций условия возникновения чёрных дыр могли в каких-то местах выполняться (первичные, или, возможно, реликтовые чёрные дыры (не уверен во втором варианте названия), primordial black holes), но по расчётам ещё 70-х годов - там совсем мизер получался, ни на что не влияющий. Массы меньше звёздной, вклад сильно меньше обычного вещества.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

В дальнейшем от этой гипотезы отказались в силу того, что она не объясняла, почему вещество во Вселенной распределено относительно равномерно.

Непонятно, от какой гипотезы отказались. Пока от всего, что вы перечислили, не отказывались, наоборот, эти гипотезы получали вал подтверждений от наблюдательной астрономии и от смежных теорий в астрофизике.

Если вы о "должно сразу схлопнуться", то такой гипотезы вообще никогда не было. Сначала были открыты в теории стационарные чёрные дыры, потом коллапс неподвижного холодного вещества. А потом были открыты теоремы о сингулярностях, разъяснившие ситуацию и с чёрными дырами, и с Большим Взрывом, одновременно. В чёрных дырах сингулярность лежит в будущем, в Большом Взрыве - в прошлом. (Напоминаю, это классическая модель, опирающаяся на обычные уравнения состояния - так называемые энергетические условия.)

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

В моду вошала инфляционная теория.

Тут правильно говорить не о моде, а о том, что она дала ответы на ряд важных вопросов, и была и остаётся единственным кандидатом, дающим эти ответы. Поэтому она, хоть и не входит в Стандартную Космологическую Модель, является абсолютным и неоспоримым мэйнстримом за рамками этой модели.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Вот тут у меня опять непонятки. Инфляционная теория предполагает, что вещество образуется одновременно с инфляционным расширением равномерно по всей Вселенной.

Не одновременно, а после инфляционного этапа, на этапе окончания инфляции. Впрочем, в позднее развитых продвинутых версиях инфляции эти этапы могут перекрываться, но из-за сути инфляции всё, что происходило до её окончания, ни на что не влияет (вклад уходит по экспоненте в нуль).

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

А вот как оно образуется? Также как и в предыдущей гипотезе - одновременно как вещество и антивещество?

Да.

Причём никакой "предыдущей гипотезы" здесь нет. По классической модели вещество и антивещество не образовывались - они были всегда с самого начала. А отдельно стадия их образования появилась только в теории инфляции.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Тогда коэфициент преобладания вещества над антивеществом должен очень точно выдерживаться на протяжении всего инфляционного расширения по всей Вселенной.

Во-первых, не должен, во-вторых, тогда его вообще могло не быть (преобладание появилось позже).

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Иначе мы получим опять сильную неравномерность распределения вещества.

Не видно, откуда это следует.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Тогда встаёт вопрос - откуда берётся этот коэффициент, и почему его значение равно тому, чему оно равно?

Коэффициент берётся из нарушения CP-инвариантности реакций элементарных частиц в каких-то взаимодействиях ранней Вселенной. Теория на CP-инвариантности не настаивает, ей необходима только CPT-инвариантность. В слабом взаимодействии экспериментально было обнаружено небольшое нарушение CP-инвариантности (порядка процентов), но пока не того типа, которого нужно. Довести точность до нужных миллиардных долей нереально.

мат-ламер в сообщении #466550 писал(а):

Если вещество образовалось без антивещества, то откуда взялось столько фотонов?

Фотоны можно излучать не только в аннигиляции. Карманный фонарик излучает фотоны. А вообще, для высоких температур вещества без антивещества не бывает, повторяю.

Короче, все ваши вопросы - на уровне популярщины, и снимаются при первом знакомстве с серьёзной литературой. Рекомендую:
Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Строение и эволюция Вселенной (Наука, 1975)
Долгов А. Д., Зельдович Я. Б., Сажин М. В. Космология ранней Вселенной (МГУ, 1988)
Окунь Л. Б. Физика элементарных частиц (Наука, 1988)
По чёрным дырам даже не знаю что. ЛЛ-2. Пенроуз "Структура пространства-времени". Хокинг, Пенроуз "Природа пространства и времени". Хм, пожалуй, последняя - самое то.

EvilPhysicist в сообщении #466608 писал(а):

Ну а откуда вещество взялось в самом начале, дак про это, на сколько я знаю, вам никто не скажет.

Вам тоже Долгова-Зельдовича-Сажина.

EvilPhysicist в сообщении #466608 писал(а):

Мир сразу начал расширяться. Связано это с тем, что у материи была масса.

Да, сразу (ну или в ходе инфляции). Нет, не связано.

EvilPhysicist в сообщении #466608 писал(а):

Более того, даже если аннигиляции происходили, то энергии тогда были такие, что вполне могли и рождаться пары, например электрон-позитронные.

И все остальные тоже. Кроме того, протекали процессы рождения многих частиц, не сводящиеся к попарному возникновению каких-то пар (например, реакция $\gamma+\gamma\to p+\bar{n}+e^{-}+\bar{\nu}$ не сводится к рождению каких-то пар, хотя производит две частицы и две античастицы). Аналогичные процессы экспериментально происходят на протон-антипротонных и электрон-позитронных коллайдерах.

EvilPhysicist в сообщении #466608 писал(а):

Ну это можно легко проверить. Рассчитать радиус чёрной дыры для распределения массы для того размера вселенной.

Он получается как раз порядка размера Вселенной :-) Только толку в таком расчёте ноль, см. выше.

EvilPhysicist в сообщении #466608 писал(а):

А при её расширении плотность распределение массы станет таковой, что черной дыры из неё не получится.

Вообще говоря, если допускать, что всё вещество Вселенной обычное, а сама Вселенная - замкнутая фридмановская, то в конце своей жизни она схлопывается. В некотором смысле это аналогично коллапсу вещества в чёрную дыру. Только мы с 1998 года знаем, что во Вселенной есть тёмная энергия, сама Вселенная ускоряется, и по замкнутому фридмановскому сценарию никогда не пойдёт.

EvilPhysicist в сообщении #466608 писал(а):

Не уверен на счёт того, что сейчас инфляционная теория актуальна

Крайне актуальна. Особенно после полёта WMAP - он по сути подтвердил её. Спектр флуктуаций реликта совпал с тем, что вытекало из инфляции.

[мат-ламер]

1. Насчёт названия названия темы. Попробую изменить (если это вообще возможно). Когда писал - особо над терминологией не задумывался. Слово "гипотеза" отложилось в голове с детства. Наверное, нам так преподавали. Однако моё мнение было - то что доказано, лучше назвать теорией горячей Вселенной. Т.е. доказано - что и когда во Вселенной происходило - фазовые переходы, образование пртонов из кварков и т.д. Что же касается собственно взврыва (как менялись размеры Вселенной со временем в первые моменты её существования), то считал, что тут единого мнения у учёных нет.
2. Munin спросил - от какой гипотезы отказались? Я имел в виду две гипотезы. Первая - расширение Вселенной описывается решением Фридмана уравнений Эйнштейна. Предполагал, что от неё отказались. Вторая гипотеза - расширение Вселенной сначала описывается решением де-Ситтера, а уже затем Фридмана. Причём это расширение иницируется скалярным полем - инфлатоном. Это инфляционная теория.
3. Насчёт замечания Munin о схлопывании. Пока непонятно. Ведь первоначально всё вещество находится внутри сферы Шварцфильда. В ней уже время остановилось. О каком движении внутрии её может быть речь? Но тут без формул не разберёшься. Обещаю разобраться по литературе.

-- Сб июл 09, 2011 12:34:53 --

4. Основной вопрос был в преобладании вещества над антивеществом. Объясняется это неким "спонтанным нарушением симметрии". В классической теории (расширение по Фридману) вещество образовалось одномоментно - то есть "случайно" вещества образовалось на какую-долю больше чем антивещества. В это можно поверить. В инфляционной теории вещество образовывается не одномоментно. И допустим в одной части вселенной вещества образовалось на одну миллиардную больше чем антивещества. В другой части Вселенной коэффициент преобладания пусть будет на 10 процентов больше (в это можно поверить, если это дело случая). Тогда во второй части Вселенной после аннигиляции вещества будет на 10 процентов больше. Т.е. вопрос в том, что коэффициент преобладания - допустим $1.000000001$ (цифра взята с потолка) всегда и везде (пока происходил процесс образования вещества) должен быть именно таким, а не, скажем, $1.0000000011$. А вот в это поверить не то что труднее - это надо как-то обосновать. Но и полностью постоянным этот коэффициент быть не может. Тогда вещество было бы распределено абсолютно равномерно. Непонятно как тогда образовались первые звёзды. Вообщем вопрос можно поставить так. Описывает ли наука в настоящее время на доказательном уровне (например, в виде компьютерных моделей) эволюцию неравномерности распределения вещества во Вселенной?

-- Сб июл 09, 2011 12:38:50 --

Как изменить название темы - пока не представляю.

[Munin]

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Как изменить название темы - пока не представляю.

Мне представляется, что редактирование первого сообщения должно это позволять.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Что же касается собственно взврыва (как менялись размеры Вселенной со временем в первые моменты её существования), то считал, что тут единого мнения у учёных нет.

В 50-е годы - действительно не было. В 70-е - 80-е - установилось. Загвоздка была в уравнении состояния вещества (того самого "супа"), которое регулирует конкретную зависимость размеров Вселенной от времени. По первым исследованиям ФЭЧ 50-х годов выходило, что на свете существует туева куча частиц, которых чем дальше тем больше, и все взаимно превращаются. Уравнение состояния было в растерянности, в частности, был вариант, что бесконечная энергия наступает при конечной температуре. Потом появились и подтвердились теории кварков и КХД, и получалось, что наступает просто кварк-глюонная плазма с конечным числом частиц и простым поведением ультрарелятивистского газа. Соответственно, все ранние стадии Вселенной проходят под флагом radiation dominance.

Впрочем, наличие начальной сингулярности было показано раньше, в 60-е, в тех самых теоремах о сингулярностях, так что проблемы были с количественной стороной дела.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Однако моё мнение было - то что доказано, лучше назвать теорией горячей Вселенной. Т.е. доказано - что и когда во Вселенной происходило - фазовые переходы, образование пртонов из кварков и т.д.

Это всё напрямую завязано на тот самый график зависимости размеров от времени. Некоторые процессы не успевали выходить на равновесие, и их результаты так и "замораживались" в последующие эпохи (это называется "закалка", например, закалка нейтрино), показывая конкретные длительности и другие детали того, что происходило. Наиболее проработанное и подтверждённое здесь - нуклеосинтез, откалиброванный по гелию, дейтерию, литию и другим первичным ядрам.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Munin спросил - от какой гипотезы отказались? Я имел в виду две гипотезы. Первая - расширение Вселенной описывается решением Фридмана уравнений Эйнштейна. Предполагал, что от неё отказались. Вторая гипотеза - расширение Вселенной сначала описывается решением де-Ситтера, а уже затем Фридмана. Причём это расширение иницируется скалярным полем - инфлатоном. Это инфляционная теория.

Уф. От Фридмана не отказались, а "отказались". Ввели лямбда-член (тёмную энергию), так что решение Фридмана модифицировалось. Но оно по-прежнему называется фридмановской стадией и фридмановским режимом. И это ещё со времён открытия реликтового излучения - не гипотеза, а теория. Во-первых, чистый фридман остаётся важным этапом в учебном изложении. Во-вторых, он и в теории практически никуда не делся, подавляющее количество основанных на нём расчётов от добавления тёмной энергии не изменилось.

От инфляции тем более не отказывались.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Насчёт замечания Munin о схлопывании. Пока непонятно. Ведь первоначально всё вещество находится внутри сферы Шварцфильда. В ней уже время остановилось. О каком движении внутрии её может быть речь?

Это научпоповские сказки, ничего общего с чёрными дырами не имеющие. Познакомьтесь с чёрными дырами хотя бы по перечисленным книгам Пенроуза. При желании углубиться относительно того уровня - есть ещё.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Но тут без формул не разберёшься. Обещаю разобраться по литературе.

Там даже без формул, по картинкам, разобраться можно, но просто надо хоть раз увидеть эти картинки. Как расположены световые конусы снаружи, на горизонте событий, и внутри него, хотя бы.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Основной вопрос был в преобладании вещества над антивеществом. Объясняется это неким "спонтанным нарушением симметрии".

Нет, стоп. Спонтанное нарушение симметрии - это не обязательно. Может быть, просто в природе CKM-матрица такая, никто не знает, это параметр модели.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

В классической теории (расширение по Фридману) вещество образовалось одномоментно - то есть "случайно" вещества образовалось на какую-долю больше чем антивещества.

В классической теории вообще не было момента образования вещества! Оно было задано начальными условиями, точно так же, как начальные скорости и другие параметры.

Кроме того, классической космологии несколько по барабану, чего там ФЭЧ говорит про детали реакций. В космологию можно легко включить и то и другое, тем более что чем дальше в горячие стадии, тем сложнее всё это проверить. Сначала в ФЭЧ считали C, P и T незыблемыми аксиомами. Потом обнаружили сильное нарушение C и P (произведение CP сохранялось). Оно не давало возможности создать неравенство частиц и античастиц. Потом обнаружили слабое нарушение CP. Оно уже намекало на возможность неравенства (напрямую не давало, не тот тип). Космологии всё это мало коснулось. Пока не было нарушения CP, считали, что сдвиг в частицы - часть начальных условий. Когда появилось нарушение CP - появилась возможность, что этоn сдвиг - не след начальных условий, а результат последующих процессов (разумеется, не случайный).

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

В это можно поверить.

Мы что, на ромашке гадаем, "верю - не верю"?

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

В инфляционной теории вещество образовывается не одномоментно.

Ровно наоборот, одномоментно - в момент распада инфлатона.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

В другой части Вселенной коэффициент преобладания пусть будет на 10 процентов больше (в это можно поверить, если это дело случая).

С какого бодуна он там будет больше? Это не дело случая! Это результат распада инфлатона - совершенно конкретного процесса по совершенно конкретным законам природы.

К тому же 10 процентов - нелепо огромная цифра. Флуктуации реликта - $10^{-5},$ если даже вам удастся выдумать какую-то случайность, она будет не более чем того же порядка. Или предлагайте механизм усиления (что непросто).

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Т.е. вопрос в том, что коэффициент преобладания - допустим 1.000000001 (цифра взята с потолка) всегда и везде (пока происходил процесс образования вещества) должен быть именно таким, а не, скажем, 1.0000000011. А вот в это поверить не то что труднее - это надо как-то обосновать.

Это обосновывается. Читайте книжки.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Но и полностью постоянным этот коэффициент быть не может. Тогда вещество было бы распределено абсолютно равномерно.

Неравномерность распределения вещества обусловлена не неравномерностью коэффициента преобладания вещества над антивеществом. Распределение вещества регулируется и другими параметрами, тут велосипеда выдумывать не надо.

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

Непонятно как тогда образовались первые звёзды. Вообщем вопрос можно поставить так. Описывает ли наука в настоящее время на доказательном уровне (например, в виде компьютерных моделей) эволюцию неравномерности распределения вещества во Вселенной?

Да. Причём именно в эпоху современной космологии (со введением DE, DM и инфляционного спектра начальных флуктуаций) эти модели стали сходиться с действительностью. За что им аплодисменты.

Правда, модели пока описывают крупномасштабную структуру и уровень галактик, может быть - сверхмассивных чёрных дыр. С первыми звёздами отдельная большая проблема, но она скорее астрофизическая, чем космологическая. Доводить космологические модели до масштаба звёзд нереально и незачем.

[мат-ламер]

Munin. Я извиняюсь за свои путанные мысли. Насчёт того, от какой гипотезы отказались, я имел в виду, что отказались от гипотезы, что расширение Вселенной всё время шло по Фридману, и большинство учёных считают, что расширению по Фридману предшедствовало инфляционное расширение по Ситтеру. Сейчас попробую сформулировать вопрос в терминах теории вероятностей. Если вещество возникло в первые моменты существования Вселенной, то можно ли считать, что количество образовавшгося одномоментно (будем пока так считать, хотя тут возможны альтернативы) вещества и антивещества - это две случайных величины с одинаковым большим матожиданием и небольшой дисперсией? Т.е. случайно образовалось на одну миллиардную долю больше. С таким же успехом могло образоваться и на две миллиардных. Если же вещество образовалось после инфляционной теории, то количество одноментного образовавшегося вещества и антивещества - это уже две разных случайных величины. И матожидание первой из них на одну миллиардную больше, чем матожидание второй. И тут уже вопрос - откуда взялась эта величина? Попробую обратиться к книгам по ссылке. в популярной литературе, что я читал - этот момент упущен. Неравномерность реликтового излучения - это уже гораздо позже окончания инфляции (это когда вещество стало прозрачной для фотонов). И как по этой неравномерности можно судить об инфляции, мне судить трудно. Но если действительно есть успехи, то учёных можно поздравить. Пошёл читать Хокинга-Пенроуза.

[Munin]

мат-ламер в сообщении #466765 писал(а):

Насчёт того, от какой гипотезы отказались, я имел в виду, что отказались от гипотезы, что расширение Вселенной всё время шло по Фридману, и большинство учёных считают, что расширению по Фридману предшедствовало инфляционное расширение по Ситтеру.

Ну, я как-то сомневаюсь, что это вообще когда-либо фигурировало даже в виде гипотезы. Напротив, сингулярность с самого начала мозолила глаза, и к ней произносились слова "где-то там мы выходим за пределы применимости теории, а в природе бесконечностей не бывает". Потом начали предлагаться даже конкретные варианты.

мат-ламер в сообщении #466765 писал(а):

Если вещество возникло в первые моменты существования Вселенной, то можно ли считать, что количество образовавшгося одномоментно (будем пока так считать, хотя тут возможны альтернативы) вещества и антивещества - это две случайных величины с одинаковым большим матожиданием и небольшой дисперсией? Т.е. случайно образовалось на одну миллиардную долю больше. С таким же успехом могло образоваться и на две миллиардных.

Нет. Точнее, я добавлю слово: нельзя считать, что это две независимых случайных величины. Если их раскладывать в независимые, базис получается другой: одна случайная величина - количество вещества, и другая - разность. Причём не факт, что у разности вообще была хоть какая-то дисперсия.

мат-ламер в сообщении #466765 писал(а):

И тут уже вопрос - откуда взялась эта величина?

Из неизвестной пока теории ФЭЧ.

мат-ламер в сообщении #466765 писал(а):

Попробую обратиться к книгам по ссылке. в популярной литературе, что я читал - этот момент упущен.

Окуня читайте.

мат-ламер в сообщении #466765 писал(а):

Неравномерность реликтового излучения - это уже гораздо позже окончания инфляции (это когда вещество стало прозрачной для фотонов).

Нет. Само реликтовое излучение - гораздо позже. А его неравномерность - это ровно тот спектр флуктуаций гигантского масштаба, который был создан во время инфляции и её окончания. Последующие стадии таких флуктуаций уже не создавали, а просто жили в их контексте. Про флуктуации - в Долгове-Зельдовиче-Сажине.

[мат-ламер]

Большое спасибо.

[rudoms]

мат-ламер в сообщении #466719 писал(а):

4. Основной вопрос был в преобладании вещества над антивеществом. Объясняется это неким "спонтанным нарушением симметрии". В классической теории (расширение по Фридману) вещество образовалось одномоментно - то есть "случайно" вещества образовалось на какую-долю больше чем антивещества. В это можно поверить. В инфляционной теории вещество образовывается не одномоментно. И допустим в одной части вселенной вещества образовалось на одну миллиардную больше чем антивещества. В другой части Вселенной коэффициент преобладания пусть будет на 10 процентов больше (в это можно поверить, если это дело случая). Тогда во второй части Вселенной после аннигиляции вещества будет на 10 процентов больше. Т.е. вопрос в том, что коэффициент преобладания - допустим $1.000000001$ (цифра взята с потолка) всегда и везде (пока происходил процесс образования вещества) должен быть именно таким, а не, скажем, $1.0000000011$. А вот в это поверить не то что труднее - это надо как-то обосновать. Но и полностью постоянным этот коэффициент быть не может. Тогда вещество было бы распределено абсолютно равномерно.

Вот Стивен Хокинг в «Краткой истории времени от большого взрыва до черных дыр» говорит, что «неравноправие» вещества и антивещества естественно и обусловлено отсутствием симметрии времени – оно всегда идет вперед.
Цитирую :

«Но почему кварков должно быть настолько больше, чем антикварков? Почему число их не одинаково?..... Причина кроется в том, что законы физики не совсем одинаковы для частиц и античастиц.
До 1956 г. считалось, что законы физики инвариантны относительно трех преобразований симметрии - C, P и T. Симметрия С означает, что все законы одинаковы для частиц и античастиц. Симметрия P означает, что законы физики одинаковы для любого явления и для его зеркального отражения (зеркальным отражением частицы, вращающейся по часовой стрелке, будет частица, вращающаяся против часовой стрелки). Наконец, смысл симметрии Т состоит в том, что при изменении направления движения всех частиц и античастиц на обратное система вернется в то состояние, в котором она находилась раньше; иными словами, законы одинаковы при движении во времени вперед или назад.
В 1956 г. два американских физика, Тзундао Ли и Чженьнин Янг, высказали предположение, что слабое взаимодействие на самом деле не инвариантно относительно Р-преобразований. Иными словами, в результате слабого взаимодействия развитие Вселенной может пойти иначе, чем развитие ее зеркального изображения. В том же году Цзиньсян By, коллега Ли и Янга, сумела доказать, что их предположение правильно. Расположив в магнитном поле ядра радиоактивных атомов так, чтобы их спины были направлены одинаково, она показала, что электронов вылетает больше в одном направлении, чем в другом. В следующем году Ли и Янг за свое открытие были удостоены Нобелевской премии. Оказалось, что слабые взаимодействия не подчиняются и симметрии С. Это означает, что Вселенная, состоящая из античастиц, будет вести себя иначе, чем наша Вселенная. Всем, однако, казалось, что слабое взаимодействие должно все-таки подчиняться комбинированной симметрии CP, т. е. развитие Вселенной должно происходить так же, как и развитие ее зеркального отражения, если, отразив ее в зеркале, мы еще каждую частицу заменим античастицей! Но в 1964 г. еще два американца, Джеймс Кронин и Вел Фитч, обнаружили, что в распаде частиц, которые называются K-мезонами, нарушается даже CP-симметрия.
В результате в 1980 г. Кронин и Фитч получили за свою работу Нобелевскую премию. (Какое огромное количество премий присуждено за работы, в которых показано, что Вселенная не так проста, как нам кажется).
Существует математическая теорема, в которой утверждается, что любая теория, подчиняющаяся квантовой механике и теории относительности, должна всегда быть инвариантна относительно комбинированной симметрии CPT. Другими словами, поведение Вселенной не изменится, если заменить частицы античастицами, отразить все в зеркале и еще изменить направление времени на обратное. Но Кронин и Фитч показали, что если заменить частицы античастицами и произвести зеркальное отражение, но при этом не изменять направление времени на обратное, то Вселенная будет вести себя по-другому. Следовательно, при обращении времени законы физики должны измениться, т. е. они не инвариантны относительно симметрии Т.
Понятно, что в ранней Вселенной нарушалась симметрия Т: когда время течет вперед, Вселенная расширяется, а если быi время пошло назад, то Вселенная начала бы сжиматься. А поскольку существуют силы, не инвариантные относительно симметрии Т, то отсюда следует, что но мере расширения Вселенной под действием этих сил антиэлектроны должны превращаться в кварки чаще, чем электроны в антикварки. Затем, когда Вселенная расширялась и охлаждалась, антикварки и кварки должны были аннигилировать, но поскольку кварков оказалось бы больше, чем антикварков, кварки остались бы в небольшом избытке. И они-то и есть те самые кварки, из которых состоит сегодняшнее вещество, которое мы видим и из которого сотворены мы сами. Таким образом, само наше существование можно рассматривать как подтверждение теории великого объединения, правда, только как качественное подтверждение. Неопределенности происходят из-за того, что мы не можем предсказать, ни сколько кварков останется после аннигиляции, ни даже будут ли оставшиеся частицы кварками или антикварками. (Правда, если бы в излишке остались антикварки, мы бы просто переименовали их в кварки, а кварки - в антикварки).»

-- 31.10.2011, 14:46 --

И еще один вопрос - про начальную сингулярность (не нашел где лучше спросить это).

Физики, насколько я пониманимаю, не очень то любят бесконечности физических величин (пространство и время - это другой вопрос).

Вот и подумалось - а с точки зрения квантования пространства не уходим ли мы от бесконечной плотности?

Действительно, если существует длина планковского кванта пространства (и кванта времени), то ни времени, ни длин короче их в природе не бывает. И это, как мне кажется, объясняет парадокс бесконечной плотности в сингулярности. До Большого взрыва плотность в ней могла быть гигантской, но не бесконечной, ведь сингулярность не могла быть меньше кванта объема (в кубических сантиметрах - 98 нулей после запятой).

[Munin]

rudoms в сообщении #497666 писал(а):

Вот Стивен Хокинг в «Краткой истории времени от большого взрыва до черных дыр» говорит, что «неравноправие» вещества и антивещества естественно и обусловлено отсутствием симметрии времени – оно всегда идет вперед.

Это, в общем-то, Хокингу так хотелось бы, а не естественно. Увы, Хокинг как популярный автор... почитайте лучше Вайнберга. И Б. Грина.

rudoms в сообщении #497666 писал(а):

Цитата:

В том же году Цзиньсян By, коллега Ли и Янга, сумела доказать...

Ну, она, вроде, не одна работала. А кажется, вместе с тем же Янгом.

Кстати, звали их Ли Цзундао (Ли Чжэндао), Янг Чжэньнин, Ву Цзяньсюн.

rudoms в сообщении #497666 писал(а):

Цитата:

Следовательно, при обращении времени законы физики должны измениться, т. е. они не инвариантны относительно симметрии Т.

Верно, но это только предположение. Экспериментально проверить его очень сложно.

rudoms в сообщении #497666 писал(а):

Понятно, что в ранней Вселенной нарушалась симметрия Т: когда время течет вперед, Вселенная расширяется, а если быi время пошло назад, то Вселенная начала бы сжиматься

В этой фразе речь идёт не о T-симметрии законов элементарных частиц, а о T-симметрии космологических процессов. Жаль, что это явно не указано.

rudoms в сообщении #497666 писал(а):

А поскольку существуют силы, не инвариантные относительно симметрии Т, то отсюда следует, что но мере расширения Вселенной под действием этих сил антиэлектроны должны превращаться в кварки чаще, чем электроны в антикварки.

Не следует. Законы элементарных частиц многогранны и разнообразны, и от T-несимметричности всех этих законов в целом ещё не возникает конкретная несимметричность именно между этими двумя числами. Здесь Хокинг переходит от фактов физики элементарных частиц к тому, что ему хотелось бы.

rudoms в сообщении #497666 писал(а):

Физики, насколько я пониманимаю, не очень то любят бесконечности физических величин (пространство и время - это другой вопрос).

А почему не любят, понимаете? :-) Бесконечность нельзя намерять прибором, и таким образом, сопоставить модель и эксперимент. Если бы не это, к бесконечности не было бы никаких претензий.

Собственно, в физике встречаются бесконечности "не опасные", и с ними вполне мирятся, потому что есть способ сопоставить их показаниям приборов. Например, круг, нарисованный на земле, по мере того, как вы отходите от него, превращается в бесконечно тонкую линию на горизонте. Но тут даже школьник укажет, как с этой бесконечностью "бороться", и даже несколькими способами.

И пространство и время здесь ничуть не отличаются от других физических величин. Экспериментально пространство и время - тоже измеряемые величины.

rudoms в сообщении #497666 писал(а):

Вот и подумалось - а с точки зрения квантования пространства не уходим ли мы от бесконечной плотности?Действительно, если существует длина планковского кванта пространства (и кванта времени), то ни времени, ни длин короче их в природе не бывает.

Здесь в популярной околонаучной среде бродит распространённое заблуждение. Квантование пространства (точнее, пространства-времени) - не приводит к тому, что пространство состоит из "кирпичиков", как клетчатая бумага - их клеточек. Такое понятие "квантов" пришло из цифровой техники, где слово "квант" стало использоваться при дискретизации непрерывных величин, не в том же смысле, что в квантовой физике. В физике "квант" и "квантование" значат совсем другое (что именно - можно в учебнике по квантовой механике прочитать). Планковская длина - это не размер "клеточки" пространства, а просто масштаб, на котором пространство начинает подчиняться квантовым законам, а так-то длины меньше планковской отнюдь не запрещены (в простейших моделях, по крайней мере).

И хотя квантование пространства-времени и избавляет нас от одних бесконечностей, вместе с тем оно приводит к другим бесконечностям. Это как если бы проблема сингулярности была не в один-единственный момент во всём Космосе когда-то далеко в прошлом, а была бы во всей Вселенной в каждой её точке в любую секунду, и здесь и сейчас в том числе.

Так что квантование пространства-времени не рассматривают как способ избавиться от сингулярности (по крайней мере, от космологической). Хотя сама по себе задача квантования стоит, никто её не отменял, но движется она по иным мотивам. А с космологической сингулярностью уже более-менее справилась теория инфляции.

-- 31.10.2011 22:19:34 --

Munin в сообщении #466668 писал(а):

Если вы о "должно сразу схлопнуться", то такой гипотезы вообще никогда не было. Сначала были открыты в теории стационарные чёрные дыры, потом коллапс неподвижного холодного вещества.

Вообще-то, может быть, и была. В истории космологии был период - примерно вторая четверть 20 века - когда космология расширяющейся Вселенной уже была сформулирована, а как всё началось - не было ещё ни малейшего понятия. Леметр, через несколько лет после независимого получения решения Фридмана-Леметра, выдвинул гипотезу о "первичном атоме", который потом, якобы, взорвался, и породил современный разлёт галактик. Это было ещё в те времена, когда о ядерных процессах представления были самые смутные, о внутренностях звёзд, о телах большой массы, и о состоянии вещества при большой плотности - практически никакие. Некоторые (Амбарцумян, например) предполагали, что вообще сверхплотное вещество стремится выделять энергию и взрываться. На фоне такой гипотезы Леметра, действительно, открытие Оппенгеймером, Сербером, Волковым, Снайдером коллапса массивных звёзд в чёрные дыры - закрывало такую возможность, и ставило ребром вопрос о начальном состоянии процесса разбегания галактик. И чтобы принять версию о горячем разлетающемся газе, надо было ещё достичь астрофизического представления о возникновении звёзд путём конденсации холодного разреженного газа - тоже примерно к той эпохе относится, но не знаю, когда было сформулировано и когда получило признание.

В основном, я знаком с историей того периода больше со стороны ФЭЧ, чем со стороны астрофизики, увы.

Ну и разумеется, всё это детали, относящиеся только к истории науки. :-)

[Pulse]

Вот только подумал, что если бы кто-то из знаменитых физиков написал на форуме сообщение, то Munin тут бы его и раскритиковал. Правда, в данном случае я с ним солидарен. Хокинг явно передергивает. Особенно понравилась связка: раз нарушается CP симметрия, то CPT симметрия тоже нарушена. Где логика?

Munin в сообщении #497904 писал(а):

Кстати, звали их Ли Цзундао (Ли Чжэндао), Янг Чжэньнин, Ву Цзяньсюн.

А почему были? Янг к нам приезжал несколько месяцев назад. В добром здравии. Я сперва его жену принял за внучку :)

[Munin]

Pulse в сообщении #498116 писал(а):

Особенно понравилась связка: раз нарушается CP симметрия, то CPT симметрия тоже нарушена. Где логика?

Не высказывались бы вы по вопросам, которых не понимаете. То, что вы встречались с Янгом, не делает вас умнее.

Хокинг нигде не утверждал, что CPT-симметрия нарушена. Он утверждал другое: из нарушения CP-симметрии и выполнения CPT-симметрии следует нарушение T-симметрии, что и требуется для космологии: равносоставная смесь барионов и антибарионов эволюционирует в сторону неравносоставной. CPT-симметрия - "золотой гвоздь" КТП, и ни в одной здравой гипотезе не нарушается.

Но, к сожалению, экспериментально обнаруженное нарушение CP-симметрии - не того типа, чтобы на него навесить барионную асимметрию Вселенной. Я об этом выше в теме писал.

[rudoms]

Вот такое сообщение - http://www.vokrugsveta.ru/news/13580/ - и краткая цитата из него:

"Прорыв на коллайдере
09:59 16.11.2011

Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, БАК), сделали открытие, которое может стать первым этапом «новой физики», меняющей наше нынешнее представление о Вселенной. Об этом сообщает BBC News. Они заметили, что частица под названием D-мезон (D-meson) распадается быстрее, чем соответствующая ей античастица. Это может объяснить, почему материи образуется больше, чем антиматерии, однако ученые заявляют, что им понадобится время для того, чтобы подтвердить полученные результаты."

[Mar1975]

Может быть и можно было бы согласиться, что вещество и антивещество появилось одновременно, если бы небольшое НО! А как же с частицей гелия, которую разогнали в ускорителе и ударив о мишень, получили и частицу и античастицу.

Что, гелий забыли ранее разделить на эти составляющие? И значит в пространстве антигелия не существует? А все остальное имеет свою античастицу? А может немного не правильно подумали, перед тем, как объявить, что в пространстве могут существовать частицы и античастицы. И что и при большом взрыве (или до него) было это два понятия. И самое главное, может не стоит так уверенно утверждать, что был на самом деле этот большой взрыв. А может все таки принять (как было и предложено) расшифровку слова ВСЕЛЕННАЯ, БЕСКОНЕЧНОСТЬ. И представить мир всего так, что это не имеет ни конца и ни начала. И тогда миф о большом ВЗРЫВЕ не найдет себе место быть.

Ведь если принять за то, что Вселенная имеет границы, которые мы ей определили, то что же может быть дальше? Ведь тому, что за границей Вселенной , тоже нет конца. Но это можно только предполагать. Поэтому мое мнение, в этом вопросе не быть так уверенным в нашем понимании о Вселенной и о большом ВЗРЫВЕ.

И все таки пересмотреть понимание о первичности частиц и античастиц.

[EvilPhysicist]

Mar1975 в сообщении #509918 писал(а):

И тогда миф о большом ВЗРЫВЕ не найдет себе место быть.

Вообще-то это не миф а теория.

Mar1975 в сообщении #509918 писал(а):

Ведь тому, что за границей Вселенной , тоже нет конца.

Чего нету?

Mar1975 в сообщении #509918 писал(а):

Поэтому мое мнение

У вас его нету. Главным образом потому, что вы не изучали теорию большого взрыва, готов поспорить равно как и ОТО.