Откуда у вакуума при начальных флуктуациях появилась температура?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
3
2 ответа
Поделиться

Простите, получится длинный ответ. Давайте разберемся что люди называют температурой в ранней Вселенной. Согласно квантовой теории поля, частицы есть возбуждения квантового поля, которое содержится всюду в самом пространстве. Приведу аналогию. Что такое звук? У Вас есть какая-то среда, например воздух. Есть ее невозмущенное состояние, просто воздух, ничто никуда не движется. Вы начинаете колебать пластинку в воздухе, рядом с ней создается область разрежения или сжатия, она толкает или втягивает соседние слои, те начинают двигаться, втягивают или толкают соседние, пошло передающееся возмущение, это и есть волна. Вот квантовое поле - это воздух. Состояние покоя квантового поля, когда колебаний никаких нет - это вакуум. Волны в воздухе - это частицы. 

В отличие от воздуха, квантовое поле ведет себя сложнее. Возбуждения в нем не непрерывные (ну как воздух можно толкнуть чуть сильнее, можно чуть слабее), а штучные, они и есть частицы. Его состояние - не есть просто все значения скоростей, давления, температуры и прочих характеристик в данный момент. Это квантовомеханическое состояние, то есть суперпозиция, сумма по некоторым из возможных базисных состояний. Например, у него может быть состояние такое: состояние с одной частицей + состояние с тремя + состояние с нулем. И дальше, когда вы меряете количество частиц в каком-то куске пространства, реализуется одна из возможностей с предсказываемой квантовой механикой вероятностью. Дальше уже на пальцах не объяснишь, надо изучать квантовую теорию.

Что такое температура? Для нас в данном случае ее можно связать со средней энергией в единице объема в состоянии равновесия. Например воздух в комнате находится в состоянии равновесия. В нем движутся молекулы воздуха, постоянно сталкиваются их скорости меняются, но доля молекул летящих с такой-то скоростью или в таком-то направлении или находящихся в каком-то объемчике всегда одинакова. Это и называется равновесием, что доли молекул с разными энергиями или скоростями во времени не меняются. Почти всегда, если систему предоставить самой себе, она придет в состояние равновесия, если где-то молекул мало, туда случайно налетит еще, а назад не улетит, потому что там уже их и так много, а молекулы же сталкиваются между собой.

В случае ранней Вселенной, у Вас есть кусок пространства и там есть частицы, они постоянно носятся, сталкиваются друг с другом, рождаются новые, старые могут исчезнуть итд, но доля частиц каждого типа с такими-то скоростями или энергиями остаются постоянными, потому что даже если они и не были в какой-то момент постоянными, каждый кусочек пространства все равно рано или поздно придет в состояние равновесия внутри себя и друг с другом. Это и называют ранней Вселенной с какой-то температурой. Температура тут отражает количество энергии в единице объема. Соответственно вакуум - это кусок пространства с температурой нуль, когда никаких частиц нет, энергии нет, кроме может быть той, которую вакуум имеет сам по себе.

Теперь откуда этот бульон возник. В общем-то мы не знаем, мы только знаем, что чем больше расширялась Вселенная, тем больше она остывала, потому что когда Вселенная расширяется, частицы тормозятся. В какой-то момент первичный газ остыл настолько, что перестал быть однородным газом, стал схлопываться вокруг каких-то случайных точек, стали образовывать галактики и первые звезды. Просто потому что кинетическая энергия частиц стала меньше энергии их гравитационного притяжения. От этого газа остались только фотоны, которые в результате столкновений в нем рождались и были в состоянии равновесия с ним. Фотоны гравитационно ни во что, естественно, не схлопнулись, так и заполняют собой все пространство. Мы их видим, они называются реликтовым излучением.

Но этот первичный горячий газ точно возник не из ниоткуда. Есть идея, что были какие-то очень массивные поля или, что то же самое, очень массивные частицы, в распавшиеся на частицы, известные нам. Есть фантастическая идея, что изначально плотность энергии и давления были равны нулю, но потом хитрое поле, которое нарушает закон сохранения энергии в привычном смысле вызвало одновременно расширение Вселенной и само распалось в привычные нам частицы. Идей очень много, а наблюдательных фактов очень мало. Про такие ранние эпохи мы, к сожалению, почти ничего не можем сказать, потому что почти никак не можем изучить их экспериментально.

Про преобладание материи над антиматерией, видимо те частицы, которые распались в нашу материю, активнее распадались в материю, чем в антиматерию, поэтому материи и больше. Есть несколько гипотетических механизмов, которые сложно проверить, потому что те первичные частицы должны быть слишком тяжелыми и мы не умеем их получать на ускорителях.

Про все эти вопросы есть много научно-популярных лекций, например, на постнауке. Порекламирую свою кафедру:

https://www.youtube.com/embed/D0ELF_D9Ouo?wmode=opaque

5
0
Прокомментировать

Физики говорят о том, что при первичных флуктуациях материи было создано на одну миллиардную больше, чем антиматерии и произошло это из-за высокой температуры. Вопрос: температуры его? Разве вакуум мог иметь температуру? Вакуум имеет температуру только в ом случае, если через него проходи излучение, вроде фотонного газа, но в начале ведь еще не было источников излучения, а значит и температуру вакуум иметь не мог, так почему тогда материи больше нежели антиматерии и откуда температура там?

2
0
Прокомментировать
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью