Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
не может уменьшаться; благодаря аккреции окружающего вещества она должна
монотонно возрастать. Значение отношения конечной массы ПЧД к начальной
массе было неопределенным; более поздняя аналитическая работа Карра и
Хокинга [5] и еще более поздние расчеты Надежина и др. [44] показывают,
что это отношение близко к единице. Но несмотря на отсутствие
определенного значения этого отношения, с самого начала (1966—1967 гг.)
было ясно, что начальная плотность ПЧД должна быть очень малой по
сравнению с плотностью окружающей расширяющейся плазмы или, возможно, ПЧД
не образуются вообще.
Следствием этого рассмотрения было утверждение, что начальная метрика
сопутствующего трехмерного пространства является достаточно гладкой даже
в самом малом масштабе. Этого утверждения нельзя было бы сделать,
используя линейную теорию возмущений, так как в этой теории
мелкомасштабные возмущения развиваются в колебания и полностью
подавляются очень рано,
8*
228
Я- Б. Зельдович
не оставляя наблюдаемых следов. Образование ПЧД находится вне области
применимости линейной теории. Какие изменения в наших взглядах произошли
за десять лет после открытия квантового испарения ПЧД?
Если масса ПЧД больше, чем планковская масса (Ac/G)1/*= = 10-5 г, т. е.
если коллапс ПЧД происходит позднее, чем планков-ское время 10-,э с, то
образование и испарение разделены во времени, и испарение не влияет на
образование. Связь между начальными возмущениями метрики и образованием
ПЧД остается. Методы обнаружения и пределы обнаружения коренным образом
меняются. ПЧД с начальной массой в интервале от 3-1014 до 101в г еще
существуют до сих пор или исчезли недавно; они являются (или были)
сильными излучателями жестких у-фотонов, электрон-позитронных пар и
мезонов. Такие очень активные объекты должны давать главный вклад в
космические лучи, рентгеновский и гаммафон [4, 49]. В упомянутом
интервале масс чувствительность обнаружения активных (испаряющихся) ПЧД в
10е раз больше, чем чувствительность обнаружения пассивных ПЧД по их
гравитации; предел наблюдаемости для испаряющихся ПЧД гораздо ниже.
ПЧД с временами испарения в интервале 100 с</<108 лет (до рекомбинации)
должны портить планковский спектр фонового излучения. ПЧД, которые
испаряются раньше (в интервале 1 с< </<100 с), меняют характер
нуклеосинтеза [66, 84]. При /<1 с ПЧД будут приводить к возрастанию
энтропии; возможно, на самом деле часть энтропии обусловлена этим
процессом, но нельзя получать больше, чем наблюдаемая энтропия на барион;
вклад ПЧД должен быть меньше, чем 109 безразмерных единиц энтропии на
барион.
Наши взгляды на космологическую важность ПЧД наинизшей массы, скажем от
10"6 до 1 г, испытали несомненные качественные изменения в свете
достижений теории испарения ПЧД. В шестидесятые годы они казались
запрещенными даже более сильно, чем тяжелые ПЧД.
Теперь в связи с теорией испарения можно допустить, что их обильное
начальное образование сопровождало очень раннее испарение х). Сильные
отклонения от однородности допускаются в самых малых масштабах — от
планковского 10~88 см при /=10-48 с до 10“28 см при /= 10~3“ с (это
соответствует масштабу от ~10-2 до 108 см после расширения).
Образование и испарение ПЧД ведет к эффективному нарушению закона
сохранения барионов. Имеется тривиальная возможность, состоящая в том,
что энергия исчезающих барионов может использоваться для снабжения теплом
и энтропией остающихся барионов [6].
*) Подробный обзор допустимого количества ПЧД дан в докладе Новикова,
Старобинского и Зельдовича [45J на конференции по ОТО (GR VIII) в
Ватерлоо, Канада, в августе 1977 г.
IV. Космология и ранняя вселенная
229
Однако в этом случае ПЧД не являются специфическим средством: возможно,
по крайней мере в принципе, построить начальную сингулярность с
возмущениями метрики, достаточно сильными, чтобы дать необходимую
энтропию без образования ПЧД и(или) несохранения барионов. В частном
случае жесткого уравнения состояния р=е это было показано автором [70,
71].
Другая, нетривиальная возможность заключается в том, чтобы получить
наблюдаемую малую асимметрию барионного заряда ((В—В)/у~10-8) из
полностью симметричной начальной ситуации. Лабораторными экспериментами
твердо установлено существование нарушения СР-инвариантности, т. е.
абсолютное различие некоторых свойств (относительные ширины распадов, но
не массы) частиц и античастиц. Но для получения избытка барионов из си-
метричного состояния также требуется несохранение барионного заряда. В
более ранних схемах 136, 56], где оно вводилось на кварково-частичном
уровне, трудно было согласовать эту гипотезу в устойчивостью обычного
вещества (см. [52] — расхождение!).
Хокинг указал, что ответ может дать образование и испарение ПЧД.
Зельдович [72] попытался дать конкретный вариант этой идеи. Само
испарение зарядово-симметрично, но если нестабильные частицы и
античастицы, возникающие при испарении, имеют различные свойства распада,
