Гравитация Том 2 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
§ 28.3. ЧТО «ПРЕДШЕСТВОВАЛО» НАЧАЛЬНОЙ СИНГУЛЯРНОСТИ
Никакая проблема космологии не затрагивает так глубоко основы физики, как вопрос о том, что «предшествовало начальному состоянию» бесконечной (или почти бесконечной) плотности, давления и температуры. И, к сожалению, никакая проблема (в состоянии на 1973 г.) не далека от решения в такой степени, как эта.
Общая теория относительности неумолимо предсказывает, что даже если «начальное состояние» было не гладким, а хаотическим, то оно должно содержать в себе пространственно-временную «сингулярность» некоторого рода (см. [447], а также § 34.6 этой книги). И общую теорию относительно невозможно спроектировать обратным ходом через сингулярность, чтобы сказать, что «предшествовало» сингулярности. Может быть, только разобравшись с кван-
Что если Вселенная вначале была хаотической?
Начальная сингулярность н квантово-гравитацяонные аффекты
1J Этот вопрос подробно проанализирован в серии работ [518—521]; обзор см. в работе [522]. —Прим. ред.
I
448 28. Эволюция Вселенной к ее современному состоянию
Коемогогяческве модели, требующее «пма от общей теории
отнооитехымоти
товыми гравитационными эффектами (соединив квантовую теорию с классической геометродинамикой), мы когда-нибудь достигнем ясного понимания начального состояния и во всяком случае того, что «предшествовало» ему (см. (312, 448]). Дальнейшее обсуждение этих глубоких вопросов см. в § 34.6, 43.4, в заключительном разделе дополнения 30.1 и в гл. 44.
§ 28.4. ДРУГИЕ КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ
В этой книге мы ограничились рассмотрением космологии, основанной на общей теории относительности. При отказе от общей теории относительности мы имели бы значительно более широкий набор возможностей, включая
1) стационарную теорию [449, 450], которой не удалось объяснить космическое микроволновое излучение или наблюдаемые эффекты эволюции в радиоисточниках и квазарах (дополнение 28.1);
2) «иерархическую космологию» вещества в асимптотически плоском пространстве-времени, выдвинутую Клейном и Альф-веном [382 —384, 389, 390], которая не согласуется с наблюдениями космических и у-лучей [391];
3) космологии Бранса —Дикке [451—454], которые одинаковы качественно и почти одинаковы количественно со стандартной горячей моделью большого взрыва.
Однако отказ от общей теории относительности необоснован и неоправдан. В последнее десятилетие экспериментальные основы общей теории относительности существенно укрепились (гл. 38— 40), а стандартная горячая модель Вселенной, предсказанная общей теорией относительности, необыкновенно хорошо согласуется с наблюдениями, намного лучше, чем все другие когда-либо предложенные модели!
29. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И БУДУЩАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
2
Эта глава полностью относится к куреу 2. В качестве подготовительного материала к ней необходимо прочитать гл. 27 (идеализованные космологические модели), однако сама данная глава не служит подготовительным материалом для какой-либо из последующих глав,
§ 29.1. ПАРАМЕТРЫ, КОТОРЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ СУДЬБУ ВСЕЛЕННОЙ
Будет ли Вселенная продолжать расширяться вечно или ее расширение замедлится, она остановится и начнет сжиматься, испытывая имплозию (взрыв внутрь), к состоянию бесконечной (или почти бесконечной) плотности, давленая, температуры и кривизны? На этот вопрос пока нет определенного ответа. Поиск ответа — одна из главных задач современной космологии.
Единственный известный способ получить ответ — найти из наблюдений характеристики современного состояния Вселенной; затем, воспользовавшись эйнштейновскими уравнениями поля, рассчитать будущую эволюцию Вселенной. Уравнения поля были уже решены в § 27.10 и 27.11. Из этих решений вытекает следующая взаимосвязь между современным состоянием Вселенной и ее будущим.
Если Л = 0 (в соответствии с эйнштейновским твердо устоявшимся принципом простоты):
вечное расширение <-»¦ отрицательная или нулевая пространственная кривизна гиперповерхностей однородности, т. е. Ma03^1 0 («открытая» или «плоская» Вселенная);
повторное сжатие -«-»¦ положительная пространственная
кривизна однородных гиперповерхностей, т. е. к/а0 > 0 («закрытая» Вселенная).
Сопоставление модели Вселенной с вечных расширением и модели о повторным сжатием
29—01508
2
450 29. Современное состояние и будущая эволюция Вселенной
Параметры, трй>>смыс для предсказания будущего Вселенной:
1) «параметры теории
относительности» Л, A/oJ, Рвещ-і 0
2) «наблюдательные параметры» H0. ^o* O0
3) соотношения между
параметрами теории относительности и наблюдательными параметрами
Если Л Ф 0:
{0, если fc^O,
4пРвещ.1ва03)-2, если к>0,
повторное сжатие ¦*-*¦ А < Лкри1.
Ясно, что для предсказания будущего требуются три параметра: космологическая постоянная Л, современное значение параметра кривизны гиперповерхностей однородности к/а02 и современная плотность вещества рвещ.. о- Для экстраполяции в прошлое, как это было сделано в предыдущей главе, необходимо, помимо ЭТИХ величин, знать современную ПЛОТНОСТЬ излучения риал., о-Однако плотность рИвл.,о слишком мала сегодня и так быстро убывает (ривл~ а"4; рвещ а-8), что не может повлиять на выбор между только что перечисленными возможностями.
