Модель eBse: новый взгляд на темную энергию и инфляцию

Новое исследование Scientific Reports предлагает расширение модели собственной энергии Борна (eBse), раскрывая механизм космической инфляции, вызванной постоянной плотностью потенциальной энергии, тем самым бросая вызов традиционной космологической парадигме.

Темная энергия — это загадочная сила, которая пронизывает Вселенную, вызывая ускорение ее расширения. Она составляет около 68% от общего содержания энергии космоса.

В отличие от темной материи, темная энергия не скапливается, а распределяется равномерно. Природа темной энергии остается малоизученной, и ее часто связывают с космологической постоянной, обозначаемой греческой буквой Λ.

Λ — это постоянная плотность энергии в космосе, первоначально введенная Эйнштейном, а затем пересмотренная для объяснения наблюдаемого ускоренного расширения Вселенной, часто связанного с темной энергией.

Традиционные космологические модели, такие как модель ΛCDM, приписывают темную энергию энергии пустого пространства. В этой модели темная энергия рассматривается как внутренняя энергия самого вакуума, вызывающая ускоренное расширение Вселенной, наблюдаемое в недавних космологических исследованиях.

Модель eBse, представленная доктором Брюсом Лоу из Университета штата Канзас, бросает вызов этой парадигме, предлагая альтернативное объяснение темной энергии, предполагая, что энергия связана с электрическим полем, окружающим электрон конечного размера, концепция, не рассматриваемая в традиционная космологическая концепция.

Этот отход от традиционного понимания побуждает к переоценке механизмов, лежащих в основе космической инфляции и природы темной энергии.

Космическая инфляция и модель ΛCDM

Автор исследования, доктор Лоу, объяснил Phys.org: «В стандартной космологической парадигме расширение Вселенной объясняется с помощью двух отдельных и различных теорий: космической инфляции в ранние времена и модели ΛCDM в ранние времена». более поздние времена».

Космическая инфляция предполагает быстрое и экспоненциальное расширение Вселенной в ее ранние моменты. Эта теоретическая основа направлена ​​на устранение недостатков Большого взрыва путем объяснения наблюдаемой крупномасштабной однородности и изотропии Вселенной.

На ранних этапах истории расширения Вселенной, когда применима космическая инфляция и температура достаточно высока, фотоны преобразуются в электроны и позитроны посредством процесса, известного как творение.

Одновременно происходит обратный процесс (аннигиляция), при котором электроны и позитроны аннигилируют в фотоны. Устанавливается химическое равновесие, поддерживающее баланс между количеством фотонов, электронов и позитронов в данном объеме.

По мере повышения температуры, достигающей температуры стеклования (ТГ), происходит фазовый переход, в результате чего электрон-позитронная плазма выходит из равновесия.

Эта температура стеклования, описываемая как TG = 1,06 × 1017K, отмечает решающий момент в модели eBse. За пределами TG Вселенная испытывает экспоненциальное ускорение, характеризующееся постоянной плотностью потенциальной энергии.

Модель ΛCDM, охватывающая более поздние стадии эволюции Вселенной, описывает крупномасштабную структуру, включая темную материю и темную энергию.

Напротив, модель eBse бросает вызов этой парадигме, вводя другой механизм космической инфляции.

Модель eBse

Доктор Лоу представил эту модель в 2020 году. Он объяснил: «Представьте сегодня межгалактическое пространство как один атом водорода. Этот атом может быть ионизированным (протон и электрон) или неионизированным, при этом доля ионизации (~ 50%) составляет электрическое поле электрона, которое отсутствует в модели ΛCDM».

«Моя идея возникла из размышления о том, что если электроны и позитроны имеют конечный размер, то, когда они плотно упакованы, в физике должны произойти изменения. Поэтому я расширил модель до плотных электрон-позитронных сценариев, чтобы проверить ее согласованность с астрофизическими наблюдениями».

Модель eBse представляет уникальную основу для понимания космической инфляции, определяя температуру (T) как инфлатон и потенциальную плотность энергии ψ(T) как потенциал плато.

По мере эволюции Вселенной температура претерпевает изменения, влияя на поведение системы. В то же время, ψ(T), характеризующийся как потенциал плато (относительно стабильная область в ландшафте потенциальной энергии), предполагает, что система остается относительно стабильной и демонстрирует постоянное состояние потенциальной энергии в течение этого температурного диапазона.

Эта отличительная перспектива становится особенно очевидной выше температуры стеклования (TG), когда модель eBse естественным образом вызывает космическую инфляцию, отмеченную экспоненциальным расширением.

Важно отметить, что потенциал плато определяет поведение системы, обеспечивая стабильность в определенных температурных диапазонах. Модель плавно переходит к модели ΛCDM ниже критической температуры (TX), образуя связующую связь между ранними и поздними стадиями эволюции Вселенной.

В отличие от традиционных моделей, модель eBse эффективно устраняет недостатки, связанные с космической инфляцией. Он устраняет необходимость точной настройки параметров и предлагает точные расчеты плотности потенциальной и кинетической энергии, повышая объяснительную силу.

Проверка модели и будущая работа

Доктор Лоу подчеркнул: «Моя модель (для периода космической инфляции) согласуется с результатами сотрудничества Планка в 2013 году для космической инфляции. Результаты Планка являются результатом детального анализа температурных колебаний в пределах космического микроволнового фона (CMB). Более строгий тест. Моя модель заключалась бы в непосредственном сравнении ее с температурными колебаниями реликтового излучения».

Заглядывая в будущее, он видит, что модель eBse предлагает всестороннее описание истории расширения Вселенной, бросая вызов Стандартной модели и традиционной космологической парадигме.

Примечательно, что модель eBse конкурирует с моделью ΛCDM, проводя сравнения с астрофизическими измерениями и уделяя особое внимание колебаниям температуры реликтового излучения в трубопроводе.

Хотя модель eBse является многообещающей, ее текущая неполнота побуждает к исследованиям, направленным на решение таких проблем, как фотонный транспорт и квантовые флуктуации. Доктор Лоу признает ее чрезмерно упрощенный характер, подчеркивая продолжающийся путь к совершенствованию и расширению этой модели.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.