Многоликая Вселенная Андрей Линде Андрей Линде. Краткая Биография Вселенной Возраст: 13.7 миллиардов лет Размер наблюдаемой части Вселенной: 13.7 миллиардов. - презентация

1 Многоликая Вселенная Андрей Линде Андрей Линде

2 Краткая Биография Вселенной Возраст: 13.7 миллиардов лет Размер наблюдаемой части Вселенной: 13.7 миллиардов световых лет, примерно см Вес: более тонн Средняя плотность вещества: г/см 3 Вес в момент рождения: Согласно теории Большого Взрыва: бесконечный вес Согласно инфляционной теории: меньше миллиграмма

3 Замкнутая, oткрытая и плоская Вселенная Плоская Вселенная Открытая Вселенная Замкнутая Вселенная

4 Открытия последнего десятилетия: Вскоре после рождения Вселенной, она расширялась с большим ускорением (инфляция Вселенной) 5 миллиардов лет назад скорость расширения Вселенной опять начала ускоряться, но очень медленно (за счет темной энергии)

5 Теория Большого Взрыва ускоряющаяся замкнутая плоская открытая Если вакуум имеет положительную плотность энергии, Вселенная может расширяться с ускорением, как показано на верхней кривой.

6 Темная Энергия (энергия вакуума, или космологическая константа) -73% всей материи во Вселенной Темная Материя - 23% всей материи Обычная Материя - 4% - 5%

7 Инфляционная Вселенная Инфляция - это очень быстрое ускорение Вселенной вскоре после ее возникновения

8 Проблемы с теорией Большого Взрыва Что было до Большого Взрыва? Почему Вселенная однородна и изотропна ? Почему все ее части стали расширяться одновременно? Почему Вселенная плоская? Почему параллельные прямые не пересекаются? Почему во Вселенной больше чем элементарных частиц? Почему так много людей пришло на эту лекцию? Что было до Большого Взрыва? Почему Вселенная однородна и изотропна ? Почему все ее части стали расширяться одновременно? Почему Вселенная плоская? Почему параллельные прямые не пересекаются? Почему во Вселенной больше чем элементарных частиц? Почему так много людей пришло на эту лекцию?

9 Инфляция и Скалярное Поле Eternal Inflation

10 Einstein equation: Klein-Gordon equation: Einstein equation: Klein-Gordon equation: Equations of motion: Compare with equation for the harmonic oscillator with friction:

11 Logic of Inflation: Large φ large H large friction field φ moves very slowly, so that its potential energy for a long time remains nearly constant This is the stage of inflation

12 Инфляция делает Вселенную плоской, однородной и изотропной В простейших версиях инфляционной теории, Вселенная разудвается в раз во время инфляции. она и выглядит плоской, однородной и изотропной Мы можем видеть только малую часть Вселенной, размером световых лет. Поэтому она и выглядит плоской, однородной и изотропной.

13 Quantum fluctuations produced during inflation x Small quantum fluctuations of all physical fields exist everywhere. They are similar to waves, which appear and then rapidly oscillate, move and disappear. Inflation stretched them, together with stretching the universe. When the wavelength of the fluctuations becomes sufficiently large, they stop moving and oscillating, and do not disappear. They look like frozen waves.

14 x When expansion of the universe continues, new quantum fluctuations become stretched, stop oscillating, and freeze on top of the previously frozen fluctuations.

15 x This process continues, and eventually the universe becomes populated by inhomogeneous scalar field. Its energy takes different values in different parts of the universe. These inhomogeneities are responsible for the formation of galaxies. Sometimes these fluctuations are so large that they can increase the value of the scalar field in some parts of the universe. Then inflation in these parts of the universe occurs again and again. In other words, the process of inflation becomes eternal. We will illustrate it now by computer simulation of this process.

16 Генерация Квантовых Флуктуаций

17 WMAP и температура неба

18 Фотография квантовых флуктуаций размером в пол-неба

19 WMAP И анизотропия микроволнового излученияWMAP Черные точки - экспериментальные данные Красная линия - предсказания инфляционной теории

20 Big Bang Earth Astronomers use our universe as a time machine. By looking at the stars close to us, we see them as they were several hundreds years ago.

21 Big Bang Earth The light from distant galaxies travel to us for billions of years, so we see them in the form they had billions of years ago.

22 Big Bang Earth Looking even further, we can detect photons emitted years after the Big Bang. But 30 years ago everyone believed that there is nothing beyond the cosmic fire created in the Big Bang at the time t = 0.

23 Big Bang Earth Inflationary theory tells us that this cosmic fire was created not at the time t = 0, but after inflation. If we look beyond the circle of fire surrounding us, we will see enormously large empty space filled only by a scalar field.

24 Big Bang Inflation If we look there very carefully, we will see small perturbations of space, which are responsible for galaxy formation. And if we look even further, we will see how new parts of inflationary universe are created by quantum fluctuations.

25 В реалистических теориях элементарных частиц сущнствует много разных скаляпных полей. Их потенциальная энергия может иметь очень много минимумов. Каждый минимум соответствует новому вакуумному состоянию. Элементарные частицы имеют разные свойства в разных вакуумных состояниях. Квантовые флуктуации во время инфляции могут разбить Вселенную на много частей содержащих разные скалярные поля. Вселенная становится похожей на набор многих Вселенных с разными законами физики. (Точнее говоря, один и тот же закон может действовать по-разному в разных местах.) Многоликая Вселенная

26 Genetic code of the Universe To be more accurate, one may have one fundamental law of physics, like a single genetic code for the whole Universe. However, this law may have different realizations. For example, water can be liquid, solid or gas. In elementary particle physics, the effective laws of physics depend on the values of the scalar fields. Quantum fluctuations during inflation can take the scalar fields from one minimum of their potential energy to another, altering its genetic code. Once it happens in a small part of the universe, inflation makes this part exponentially big. This is the cosmological mutation mechanism

27 Ландшафт Теории Струн Теория струн может иметь разных вакуумных состояний, которые могут реализоваться в разных частях Вселенной

28 Вселенная Кандинского

29 Формирование многоликой Вселенной Формирование многоликой Вселенной

30 Наш космический дом

31 Фрактальная Вселенная Фрактальная Вселенная Большой Взрыв? Наш мир

32 Через миллиарды миллиардов лет, наш вакуум распадется и наша часть Вселенной станет десятимерной или сколлапсирует. Но благодаря самовосстновлению Вселенной, весь мир в целом будет жить вечно