Единая теория поля: Философский анализ современных проблем физики элементарных частиц и космологии. Опыт синергетнческого осмысления - Минасян Л.А.
ISBN 5-4S4-G0179-X
Скачать (прямая ссылка):
Проблема бар ионной асимметрии. Суть проблемы составляет вопрос, почему Вселенная состоит из вещества (барионов) и почти нет антивещества (антибарионов), хотя маловероятно, чтобы вещество и антивещество в ранней Вселенной могли бы быть изолированы друг от друга. Скорее, имел место процесс их взаимной аннигиляции. Значит, либо во Вселенной имелся изначально дисбаланс между веществом и антивеществом в сторону преобладания вещества, либо Вселенная эволюционировала из полностью симметричного по отношению к веществу и антивеществу состояния, но на некотором этапе процессы в ней шли с несохранением барионного числа, что и привело к выживанию барионов после аннигиляции, В процессе аннигиляции вещества и антивещества должны выделяться у-кванты (фотоны), наблюдаемые в настоящее время как реликта-
92
Главе 2
вое излучение. Другой стороной проблемы должно быть также объяснение отношения числа барионов к числу фотонов во Вселенной, — N 6а-рионов/Л' фотонов> равному примерно L0~\ которое интерпретируется в рамках гипотезы нарушения барнонного числа как разность избытка вещества над антивеществом в ранней Вселенной. В 1967 году А. Д. Сахаров связывает идею несохранения барионного числа с теорией горячей Вселенной, В современных теориях Великого объединения и в рамках инфляционной космологии идея Сахарова полностью сохраняет свое значение.
Проблема космологической постоянной (Л-член). Космологическая постоянная была введена Эйнштейном в уравнения обшей теории относительности с целью получения статического решения для Вселенной, Космологическая постоянная должна была выражать собой некоторую космическую силу, [гаогивостоящуіо гравитационному притяжению, что и позволяло получить статическое решение для Вселенной с нулевым давлением. Таким образом, отрицательный вклад в полное давление должна вносить именно эта космическая сила.
После получения уравнений Фридмана, Эйнштейн сам убрал космологическую постоянную из общей теории относительности. Модель Фридмана не требует введения космологического члена, ибо если Вселенная нестационарна, то нет необходимости в сбалансировании гравитационною притяжения. Рассматриваемая проблема состоит в том, что запросто отбросить космологический член из теории невозможно: любой вклад в энергию вакуума действует в точности как космологическая постоянная, ибо оказывается птгопорционадьным плотности энергии вакуума.
Пространственно-однородные и изотропные фрндмановскне модели являются удачными для описания крупномасштабной структуры Вселенной, но при этом они не отражают се мелкомасштабной неоднородности. Таким образом, встает вопрос о поиске новых моделей или же об исследовании отклонений от моделей Фридмана.
К восьмидесятым годам XX века на одной чаше весов оказались бесспорные преимущества, на другой — неразрешенные проблемы, даваемые фридмановской космологией. На всем протяжении рассмотренных выше этапов развития космолоіии постоянно стояла проблема создания квантовой кории фавитации. OTO1 являясь классической теорией, достаточно хорошо описывала эволюционные процессы в космологии и астрофизике. Однако осознание того, что Вселенная должна иметь сингулярное начало, а также изучение физики черных дыр явно указывали на необходимость учета квантовых эффектов. Таким образом, проблема создания теории квантовой гравитации перешли из стадии академического интереса в стадию насущной необходимости.
Попытка решить проблему сингулярности была предпринята в 1979-1980 годах А. Старобинским. В основу модели А. Старобинско-
На пути построения единой теории поля____93^
го [130] было положено решение де Ситтера с экспоненциально расширяющимся масштабом пространства и с правой частью уравнений Эйнштейна обшей теории относительности, содержащей И-член. Напомним, что в модс-J ли де Ситтера реальное вещество и излучение на начальной стадии эволю-' пни отсутствует, Вселенная представляет собой однороддшн вакуумный мир планковских размеров. В модели Старобинского решение де Ситтера допол-т нено результатом, полученным в 1971 году Я. Б. Зельдовичем и Л. П. Питаев-ским [194], который имеет определяющее значение. Дело в том, что в рас-
Ісматриваемом вакууме допускается существование таких частей поляризации, для которых нарушен пршщин энергодомюшгпюсти. Принцип энерго-* доминантности означает, что плотность энергии должна быть строго больше (домшіировать), чем давление {є> Р). При этом подразумевается, что и є > О,
(и P > 0. Отличие вакуума от обычного вещества и обычного поля (возбуждения вакуума) состоит в том, как отмечалось, что плотность энергии его может иметь как патожительное, так и отрицательное значение. Для таких частей, где принцип энергодоминантности нарушается, плотность энергии не обязана быть больше, чем давление. Теоремы, доказанные Хокингом и Пен-роузом, о неизбежности сингулярности в ОТО, содержат в себе принцип знергодоминаїгпюсти. Для обычного вешества условие знергодомшіантно-сти является естественным. Характерной чертой истинной поляризации вакуума является то, что она остается ненулевой даже в пространстве, лишенным вещества [58. С, 494]. В случае сильно искривленного пространства это - позволило бы избежать сингулярного начала и создало бы возможность для образования частиц гравитационным полем (так называемый квантовый распад вакуума), что приводит к возникновению горячей фазы Вселенной. і Иными словами экспоненциально расширяющаяся Вселенная переходит в
