<<
>>

3.13. Начальный пик спектра мощности флуктуации температуры космического фонового излучения

Найденное нами новое решение позволило предсказать еще один возможный феномен (см. [Шульман и Рэффел, 2008]). Оказывается, самые "старые" реликтовые фотоны за 13,7 млрд. лет расширения Вселенной успевают совершить "кругосветное" путешествие и снова появиться в той части небосвода, в которой мы могли бы их видеть в раннюю эпоху существования Вселенной, если бы мы и Земля тогда существовали. Указанный феномен может объяснить некоторые особенности автокорреляционного спектра мощности флуктуации температуры реликтового излучения.

В модели ТШРВ физически неподвижным телам соответствует "дрейф" точки 3-мерной поверхности (Вселенной) вдоль 4-мерного радиуса расширяющегося шара. При этом 3-мерные пространственные расстояния между различными "неподвижными" точками возрастают в точности по закону Хаббла, а угол 0 между отвечающими им 4-радиусами остается постоянным.

Когда же речь идет о движущихся телах, то при расширении Вселенной наряду с возрастанием 4-радиуса изменяется и указанный угол 0. В предельном случае движения со скоростью света изображающая точка - при возрастании радиуса г на величину dr - также возрастает на величину dr и поэтому смещается на угол d0 = dr/r (см. рис. 3.12). Интегрируя, находим, что при возрастании радиуса Вселенной от значения Г] до Г2 фотон, движущийся со скоростью света, перемещается на угол

0 = In (Г2/Г1)

15 В позднейшем отчете по проекту WMAP [Komatsu et al., 2010] указано значение 9=0.6°, совпадающее с нашим результатом.

3. О черных дырах, метаболическом времени и линейном расширении Вселенной

53

Рисунок 3.12 Рисунок 3.13

Остается выяснить, какова реальная величина 0, соответствующая текущему возрасту Вселенной 13.7 млрд. лет и моменту, начиная с которого фотоны смогли свободно путешествовать. Учитывая, что "поверхности последнего рассеяния" отвечает красное смещение z ~ 1100, найдем, что lnf/vhj = 7.00, так что "перекрытие" по (возрастающему) периметру Вселенной оказывается равным (см. рис. 3.13):

Ш = 7.00 - 6.28 = 0.72 (рад),

или примерно 41?. Иными словами, наиболее "старые" свободно путешествующие по Вселенной фотоны, подобно Магеллану, возвращаются к нам с противоположной стороны небосвода (это эквивалентно дополнительной интенсивности потока фотонов в соответствующих точках небосвода).

6000

^4000

[i .-„

О ij.2000

о

О S 10 15 20 25 30

Multipole moment (

Рисунок 3.14 [Dunkley et al., 2008]

Можно ли проверить существование такого эффекта? Современная астрофизика располагает экспериментально полученным автокорреляционным спектром температуры реликтового излучения (см. данные космического зонда WMAP на рис. 3.11). Он показывает степень корреляции между температурой различных участков небосвода в зависимости от размера этих участков. Точнее, аргументом этой функции является мультипольный момент с номером I = ж/в, где в - угловой размер участка. Наибольшему пику зависимости на рис. 3.11 соответствует I ~ 200, т.е. угловой размер поверхности последнего рассеяния порядка 0.6?, "видимый" в настоящую эпоху.

Как было отмечено, угловое перекрытие для старейших фотонов А0 составляет до 0.72 рад (41?). Такому угловому размеру должен соответствовать мультипольный момент I ~ 3.14/0.72 = 4.4. Теоретическая кривая для I < 25 отвечает так называемому плато Сакса-Вольфа и представляет собой участок, близкий к плоскому.

Однако на рис. 3.14 (начальный участок

54

3. О черных дырах, метаболическом времени и линейном расширении Вселенной

спектра) отчетливо заметны несколько экспериментальные максимумов в районе I ~ 3^-7 (авторы [Dunkley et al., 2008] представляют несколько вариантов обработки данных).

Интересно сравнить предсказания с ТТТГРВ с тем, что говорит об этом стандартная ACDM-модель. Последняя предсказывает (см. [Палаш, 1999]), что зависимость между достигнутой степенью расширения вселенной у=а/ао и безразмерным временем Hot, прошедшим с момента Большого взрыва, дается соотношением

y(t)

#о'= J

dx

ji + (^-i)Qm+(*2-i)QA

Здесь a(t) - размер Вселенной в момент времени t, индекс "0" обозначает современные значения размера а и постоянной Хаббла Н, так что y(to) = 1. Параметры Qm и Q обозначают относительные плотности материи и Л-компоненты. Результаты численного интегрирования представлены выше на рис. 3.9. Как видим, для ACDM-модели при "оптимальных" значениях параметров (QA=0.75 И Qm=0.25) безразмерный возраст Вселенной Hot также практически равен единице.

С другой стороны, "полный угол облета Вселенной" для любой модели можно записать в виде

0=1 cdx I' а0у(г)

При численных расчетах этот интеграл можно заменить суммой

0(Hot) = (с/а0)/Н,

¦Е

[А(Н0т)/у(Н0т)]

где суммирование должно вестись по последовательным (достаточно малым) интервалам времени. Эти интервалы не обязательно должны быть равными между собой, практически удобнее сделать шаги равномерными по у(Нот).

В безразмерном множителе перед знаком суммы фигурируют современные значения постоянной Хаббла Но (которое определяется по данным астрофизических измерений) и абсолютного размера Вселенной ао. Поскольку фактическая величина ао нам неизвестна, то этот множитель определяется моментом времени, когда отношение (а/ао) достигает единицы в выбранной космологической модели (см. рис. 3.9 и таблицу ниже).

Модель Hoto (c/a0)/Ho 0(Hoto), рад ТТТГРВ 1 1 7.00 ACDM // QA= 0, Qm= l 0.6672 1.4988 2.93 ACDM// QA=0.75, Qm=0.25 1.0143 0.9859 3.42 Результаты численных расчетов угла 0 ("углового" горизонта частиц) показаны на рис. 3.15. Как легко видеть, для обеих версий ACDM-модели угол 0 нарастает по одной и той же зависимости (хотя участки этой кривой ограничены различным возрастом Вселенной).

3. О черных дырах, метаболическом времени и линейном расширении Вселенной 55

Teta (rad) 8

7

е

^

5 А 3

г

1

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 (H0*t) ornega_M = 1 omega_L=0 ornega_K = 0

ornega_M = 0,25 ornega_L= 0,75 omega_K=0

Linear model (SEUT)

Рисунок 3.15. Зависимость "угла облета" фотонами Вселенной в разных космологических моделях

Найденные значения углов для ACDM-моделей практически исключают возможность проявления в их рамках эффекта старейших фотонов на спектре реликтового излучения. Только в ТТТГРВ конечный угол пересекает критическое значение 2л; (на рис. 3.15 показано пунктирной линией), причем основное различие моделей проявляется в течение начального 10%-этапа времени расширения.

<< | >>
Источник: М. X. Шульман. ПАРАДОКСЫ, ЛОГИКА И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ВРЕМЕНИ Москва 2006-2011. 2011

Скачать готовые ответы к экзамену, шпаргалки и другие учебные материалы в формате Word Вы можете в основной библиотеке Sci.House

Воспользуйтесь формой поиска

3.13. Начальный пик спектра мощности флуктуации температуры космического фонового излучения

релевантные научные источники: