Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для других форм квинтэссенции см. Квинтэссенция (значения) . Для теорий и несуществующих или классических концепций, названных в честь синонима «Эфир», см. Эфир (значения) .

В физике , квинтэссенцией является гипотетическая форма темной энергии , точнее скалярное поле , постулируется как объяснение наблюдения с возрастающей скоростью расширения Вселенной. Первый пример такого сценария был предложен ратром и Пиблз (1988). [1] Концепция была расширена до более общих типов изменяющейся во времени темной энергии, а термин «квинтэссенция» впервые был введен в статье Роберта Р. Колдуэлла , Рахула Дейва и Пола Стейнхардта в 1998 году . [2] Некоторые физики предложилипятая фундаментальная сила . [3] [4] [5] [6] Квинтэссенция отличается от объяснения космологической постоянной темной энергии тем, что она динамична; то есть она изменяется со временем, в отличие от космологической постоянной, которая, по определению, не изменяется. Квинтэссенция может быть как притягательной, так и отталкивающей, в зависимости от соотношения ее кинетической и потенциальной энергии. Те, кто работает с этим постулатом, считают, что квинтэссенция стала отталкивающей около десяти миллиардов лет назад, примерно через 3,5 миллиарда лет после Большого взрыва . [7]

Скалярное поле [ править ]

Квинтэссенция ( Q ) - это скалярное поле с уравнением состояния, где w q , отношение давления p q и плотности q , задается потенциальной энергией и кинетическим членом:

Следовательно, квинтэссенция динамична и обычно имеет плотность и параметр w q, которые меняются со временем. Напротив, космологическая постоянная статична, с фиксированной плотностью энергии и w q  = -1.

Поведение трекера [ править ]

Многие модели квинтэссенции имеют отслеживающее поведение, которое, согласно Ratra и Peebles (1988) и Paul Steinhardt et al. (1999) частично решает проблему космологической постоянной . [8] В этих моделях поле квинтэссенции имеет плотность, которая точно отслеживает (но меньше) плотность излучения до тех пор, пока не будет достигнуто равенство материи и излучения , которое запускает квинтэссенцию, которая начинает иметь характеристики, подобные темной энергии, в конечном итоге доминируя во Вселенной. Это , естественно , устанавливает низкий масштаб темной энергии. [9] При сравнении прогнозируемой скорости расширенияВселенной как дано трекерных решений с космологических данных, основной особенностью трекерных решений является то , что нужно четыре параметра , чтобы должным образом описать поведение их уравнения состояния , [10] [11] в то время как было показано , что в большинстве двухпараметрическая модель может быть оптимально ограничена среднесрочными будущими данными (горизонт 2015–2020 гг.). [12]

Конкретные модели [ править ]

Некоторыми частными случаями квинтэссенции являются фантомная энергия , в которой w q  <−1, [13] и k-эссенция (сокращение от кинетической квинтэссенции), которая имеет нестандартную форму кинетической энергии . Если бы этот тип энергии существовал, это вызвало бы большой разрыв [14] во Вселенной из-за растущей плотности энергии темной энергии, что вызвало бы расширение Вселенной с более высокой скоростью, чем экспоненциально.

Голографическая темная энергия [ править ]

Голографические модели темной энергии по сравнению с моделями космологической постоянной подразумевают сильное вырождение . [ Разъяснение необходимости ] [15] Было высказано предположение , что темная энергия может исходить от квантовых флуктуаций в пространстве - времени , и ограничены горизонтом событий Вселенной. [16]

Исследования квинтэссенции темной энергии показали, что она доминирует над гравитационным коллапсом в моделировании пространства-времени, основанном на голографической термализации. Эти результаты показывают, что чем меньше параметр состояния квинтэссенции, тем сложнее для плазмы термализоваться. [17]

Сценарий Quintom [ править ]

В 2004 году, когда ученые сопоставили эволюцию темной энергии с космологическими данными, они обнаружили, что уравнение состояния, возможно, пересекло границу космологической постоянной ( w = –1) сверху вниз. Доказанная теорема о непроходимости указывает, что эта ситуация, называемая сценарием Квинтома , требует как минимум двух степеней свободы для моделей темной энергии. [18]

Терминология [ править ]

Название происходит от quinta essentia (пятый элемент). Так называемый на латыни со времен средневековья, этот элемент был добавлен Аристотелем к четырем другим античным классическим элементам , потому что он считал его сущностью небесного мира. Аристотель назвал этот элемент эфиром , который он считал чистым, тонким и изначальным элементом. Точно так же современная квинтэссенция была бы пятым известным «динамическим, зависящим от времени и пространственно неоднородным» вкладом в общее массово-энергетическое содержание Вселенной.

Конечно, остальные четыре компонента - это не древнегреческие классические элементы , а скорее « барионы , нейтрино , темная материя [и] излучение ». Хотя нейтрино иногда считают излучением, термин «излучение» в этом контексте используется только для обозначения безмассовых фотонов . Пространственная кривизна космоса (которая не обнаружена) исключена, потому что она нединамична и однородна; космологическая постоянная не может считаться пятым компонентом в этом смысле, потому что она нединамична, однородна и не зависит от времени. [2]

См. Также [ править ]

  • Эфир (классический элемент)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ratra, P .; Пиблз, Л. (1988). «Космологические последствия катящегося однородного скалярного поля». Physical Review D . 37 (12): 3406–3427. Bibcode : 1988PhRvD..37.3406R . DOI : 10.1103 / PhysRevD.37.3406 . PMID  9958635 .
  2. ^ а б Колдуэлл, Р.Р .; Dave, R .; Стейнхардт, П.Дж. (1998). «Космологический отпечаток энергетической составляющей с общим уравнением состояния». Phys. Rev. Lett . 80 (8): 1582–1585. arXiv : astro-ph / 9708069 . Bibcode : 1998PhRvL..80.1582C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.80.1582 . S2CID 597168 . 
  3. Перейти ↑ Carroll, SM (1998). «Квинтэссенция и остальной мир: подавление дальнодействующих взаимодействий». Phys. Rev. Lett . 81 (15): 3067–3070. arXiv : astro-ph / 9806099 . Bibcode : 1998PhRvL..81.3067C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.81.3067 .
  4. ^ Веттерих, К. «Квинтэссенция - пятая сила от изменения фундаментальной шкалы» (PDF) . Гейдельбергский университет.
  5. ^ Двали, Гиа; Залдарриага, Матиас (2002). «Изменение α со временем: последствия для экспериментов и квинтэссенции пятой силы» (PDF) . Письма с физическим обзором . 88 (9): 091303. arXiv : hep-ph / 0108217 . Bibcode : 2002PhRvL..88i1303D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.88.091303 . PMID 11863992 . S2CID 32730355 .   
  6. ^ Чиколи, Микеле; Педро, Франсиско Дж .; Тасинато, Джанмассимо (23 июля 2012 г.). «Естественная квинтэссенция в теории струн» - через arXiv.org.
  7. ^ Ванек, Кристофер. «Квинтэссенция, ускоряющая Вселенную?» . Астрономия сегодня .
  8. ^ Златев, И .; Wang, L .; Стейнхардт П. (1999). «Квинтэссенция, космическое совпадение и космологическая постоянная». Письма с физическим обзором . 82 (5): 896–899. arXiv : astro-ph / 9807002 . Bibcode : 1999PhRvL..82..896Z . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.82.896 . S2CID 119073006 . 
  9. ^ Steinhardt, P .; Wang, L .; Златев, И. (1999). «Решения для космологического слежения». Physical Review D . 59 (12): 123504. arXiv : astro-ph / 9812313 . Bibcode : 1999PhRvD..59l3504S . DOI : 10.1103 / PhysRevD.59.123504 . S2CID 40714104 . 
  10. ^ Линден, Себастьян; Вирей, Жан-Марк (2008). «Тест параметризации Шевалье-Полярски-Линдера для уравнения быстрой темной энергии переходов состояний». Physical Review D . 78 (2): 023526. arXiv : 0804.0389 . Bibcode : 2008PhRvD..78b3526L . DOI : 10.1103 / PhysRevD.78.023526 . S2CID 118288188 . 
  11. ^ Ferramacho, L .; Blanchard, A .; Zolnierowsky, Y .; Риазуэло, А. (2010). «Ограничения на эволюцию темной энергии». Астрономия и астрофизика . 514 : А20. arXiv : 0909.1703 . Бибкод : 2010A & A ... 514A..20F . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 200913271 . S2CID 17386518 . 
  12. ^ Линдер, Эрик V .; Huterer, Драган (2005). «Сколько космологических параметров». Physical Review D . 72 (4): 043509. arXiv : astro-ph / 0505330 . Bibcode : 2005PhRvD..72d3509L . DOI : 10.1103 / PhysRevD.72.043509 . S2CID 14722329 . 
  13. Перейти ↑ Caldwell, RR (2002). «Фантомная угроза? Космологические последствия компонента темной энергии со сверхотрицательным уравнением состояния». Физика Письма Б . 545 (1–2): 23–29. arXiv : astro-ph / 9908168 . Bibcode : 2002PhLB..545 ... 23С . DOI : 10.1016 / S0370-2693 (02) 02589-3 . S2CID 9820570 . 
  14. ^ Антониу Иоаннис; Периволаропулос, Леандрос (2016). "Геодезические пространства-времени Маквитти с фантомным космологическим фоном". Phys. Rev. D . 93 (12): 123520. arXiv : 1603.02569 . Bibcode : 2016PhRvD..93l3520A . DOI : 10.1103 / PhysRevD.93.123520 . S2CID 18017360 . 
  15. ^ Ху, Ячжоу; Ли, Мяо; Ли, Нан; Чжан, Чжэньхуэй (2015). «Голографическая темная энергия с космологической постоянной». Журнал космологии и физики астрономических частиц . 2015 (8): 012. arXiv : 1502.01156 . Bibcode : 2015JCAP ... 08..012H . DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2015/08/012 . S2CID 118732915 . 
  16. ↑ Шан Гао (2013). «Объяснение голографической темной энергии» . Галактики . 1 (3): 180–191. Bibcode : 2013Galax ... 1..180G . DOI : 10.3390 / galaxies1030180 .
  17. ^ Цзэн, Сяо-Сюн; Чен, Де-Ю; Ли, Ли-Фанг (2015). «Голографическая термализация и гравитационный коллапс в пространстве-времени, в котором преобладает квинтэссенция темной энергии». Physical Review D . 91 (4): 046005. arXiv : 1408.6632 . Bibcode : 2015PhRvD..91d6005Z . DOI : 10.1103 / PhysRevD.91.046005 . S2CID 119107827 . 
  18. ^ Ху, Уэйн (2005). «Преодоление фантомной пропасти: внутренние степени свободы темной энергии». Physical Review D . 71 (4): 047301. arXiv : astro-ph / 0410680 . Bibcode : 2005PhRvD..71d7301H . DOI : 10.1103 / PhysRevD.71.047301 . S2CID 8791054 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Ostriker JP; Стейнхардт П. (январь 2001 г.). «Квинтэссенция Вселенной». Scientific American . 284 (1): 46–53. Bibcode : 2001SciAm.284a..46O . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0101-46 . PMID  11132422 .
  • Лоуренс М. Краусс (2000). Квинтэссенция: поиск недостающей массы во Вселенной . Основные книги . ISBN 978-0465037414.