تحقیق درباره کیهان شناسی و نام گذاری

دانلود پایان نامه

جستجو در سایت ما :

با این وجود به علت گسترش عالم با ثابت هابل ، یک جمله اضافی در معادله نوسانگر هماهنگ ظاهر خواهد شد :
4-6-1
جمله را می توان به عنوان یک جمله اصطکاک تعبیر کرد.
معادله اینشتین برای یک جهان همگن حاوی میدان اسکالر را میتوان به صورت زیر نوشت :
4-6-2
که در اینجا ، و برابر یک فرض شده اند.
اگر میدان اسکالر در ابتدا بزرگ باشد، در آن صورت پارامتر هابل نیز بزرگ خواهد بود ( بر اساس رابطه 4-6-2 ). این به این معنا است که جمله اصطکاکی بسیار بزرگ بوده است، و بنابراین میدان اسکالر بسیار آرام حرکت می کرده است، شبیه یک توپ داخل یک مایع بسیار غلیظ. بنابراین در این مرحله چگالی انرژی میدان اسکالر، برخلاف چگالی ماده معمولی، تقریبا ثابت خواهد بود و گسترش عالم با سرعت بسیار بیشتری نسبت به مدل های قدیمی کیهان شناسی انجام خواهد گرفت.
در نتیجه بزرگ شدن سریع مقیاس جهان و حرکت کند میدان ، اندکی بعد از شروع شدن این ساز و کار خواهیم داشت : و و ، بنابراین می توان معادلات را ساده کرد :
4-6-3 ,
اولین معادله ( ) نشان می دهد که اگر میدان اسکالر به آرامی تغییر کند، اندازه جهان در این ساز و کار به طور تقریبی به صورت بزرگ خواهد شد، که در اینجا است. این مرحله تورم است و زمانی به پایان می رسد که میدان بسیار کوچکتر از شود.
جواب این معادلات نشان می دهد که بعد از یک مرحله طولانی تورم، جهان که در ابتدا با میدان پر شده است به صورت نمایی بزرگ می شود :
4-6-4
بنابراین تورم نیازی به حالت ابتدایی تعادل گرمایی، ابر سرد شدن و تونل زنی از خلا کاذب ندارد.
تورم در نظریه ای که به سادگی یک مدل نوسانگر هارمونیک است اتفاق می افتد [30]. بعد از اینکه این مدل ساده تشخیص داده شد، آشکار شد که تورم نه تنها یک پیشنهاد هوشمندانه برای رفع مشکلات نظریه کلاسیک مهبانگ است، بلکه یک ساز و کار کیهان شناسی کلی است.
در نسخه های واقع بینانه نظریه تورم، طول مدت تورم باید به اندازه کوتاه باشد [34]. زمانی که تورم به پایان می رسد، میدان اسکالر شروع به نوسان حول نقطه مینیمم می کند و به عنوان یک میدان نوسانی سریع انرژی خود را با تولید زوج هایی از ذرات بنیادی از دست می دهد و همان طور که اشاره شد اندرکنش این ذرات باعث به وجود آمدن یک حالت تعادل ترمودینامیکی می شود. بعد از پایان این زمان می توان جهان را با مدل های کلاسیکی توصیف کرد.
بررسی در این مورد نشان می دهد که حتی اگر اندازه اولیه جهان تورمی به کوچکی طول پلانک باشد ،بعد از از تورم، اندازه جهان به خواهد رسید!
البته این عدد بستگی به مدل های مورد مطالعه دارد، اما در تمام مدل های واقع بینانه، اندازه جهان بعد از تورم در حد بسیار بزرگی نسبت به اندازه جهان قابل مشاهده امروزی ، ،است. این نتیجه به سرعت می تواند مشکلات کیهان شناسی استاندارد را رفع کند.
جهان ما در مقیاس بسیار بزرگ تقریبا همگن است زیرا همه ناهمگنی ها در طول تورم ” کش ” آمده اند. یا مثلا چگالی تک قطبی های مغناطیسی و سایر نواقص نواقص ناخواسته و مبهم به صورت نمایی در طول تورم رقیق شده اند ( و دیگر بعد از تورم مشاهده نمی شوند). جهان به طور فوق العاده بزرگ می شود. حتی اگر یک جهان بسته با اندازه وجود داشت، بعد از تورم فاصله بین قطب شمال و جنوب آن بسیار بزرگتر از (اندازه جهان قابل مشاهده ما) خواهد شد. در واقع ما یک قسمت بسیار کوچک از “بالن” بسیار عظیم کیهان را می بینیم و به این دلیل است که جهان تا این اندازه تخت دیده می شود.
اگر جهان ما در ابتدا شامل نواحی زیادی با میدان اسکالری که به طور بی نظم و آشفته توزیع شده بود، باشد،(یا اگر ما جهان های مختلفی را با مقادیر مختلف برای میدان متصور شویم)، در آن صورت نواحی که میدان اسکالر در آن ها بسیار کوچک است هرگز متورم نمی شوند. سهم اساسی حجم کلی جهان توسط نواحی که در ابتدا شامل میدان اسکالر بزرگی بوده اند به دست می آید. تورم چنین نواحی “جزایر ” همگن بزرگی را خارج از بی نظمی و آشفتگی اولیه به وجود خواهد آورد و به همین دلیل است که این سناریو آشوبناک نام گذاری شده است. هر ناحیه همگن در این سناریو بسیار بزرگتر از قسمت قابل مشاهده جهان خواهد بود.
حال می خواهیم یک مرحله دیگر را در نظر بگیریم و یک جمله ثابت کوچک را به پتانسیل اضافه می کنیم.
نمودار4-6-1 نوسانگر هارمونیک میدان پتانسیل اسکالر در ساده ترین نسخه مدل تورمی آشوبناک [34].
اگر گرانش را در اینجا دخالت ندهیم، این جمله نمی تواند معادله میدان اسکالر را تغییر دهد، یعنی اینکه ما هنوز مدل ساده ترین نوسانگر هارمونیک را در نظر گرفته ایم. با این وجود، جمله به عنوان ثابت کیهان شناسی عمل می کند که حتی در صورت حذف نخواهد شد. به عنوان یک نتیجه، ساده ترین مدل دو مرحله برای تورم را توصیف خواهد کرد. اولین مرحله در جهان اولیه رخ می دهد، زمانی که میدان اسکالر بزرگ است. مرحله دوم هم اکنون رخ می دهد، که این مطابق با مشاهدات اخیر در مورد جهان منبسط شونده شتاب دار است. ( نمودار 4-6-2)