Предложено простое решение «проблемы совпадения» в космологии

Австралийские астрофизики показали, что примерное равенство относительных плотностей энергии вакуума и материи, установившееся в наше время, не должно никого удивлять, поскольку такой вариант развития событий наиболее вероятен.

Двое астрофизиков из Австралийского национального университета нашли простое и убедительное решение «проблемы совпадения» в космологии.

Суть проблемы состоит в том, что наблюдаемые в наше время относительные (нормированные на зависящую от времени критическую плотность Вселенной) плотности энергии вакуума ΩΛ и материи Ωm имеют сравнимые значения: Ωm ≈ 0,3, а ΩΛ ≈ 0,7. При этом в прошлом материя должна была давать много больший вклад в полную плотность энергии, а в будущем должен доминировать вакуум. Иными словами, Вселенная сейчас находится на переходном этапе развития, и именно в этот период на Земле появился человек разумный. Такое совпадение многим кажется странным.

Чтобы оценить вероятность совпадения, авторы вводят величину r = min[ΩΛm, ΩmΛ]. Несложно понять, что r отражает близость плотностей энергии друг к другу и равняется единице, когда ΩΛ = Ωm, и нулю, если ΩΛ >> Ωm или ΩΛ << Ωm. В современности параметр r0 ≈ 0,4.

Если рассмотреть изменение r со временем, можно заметить, что воспринимаемая нами значимость «проблемы совпадения» зависит от особенностей представления данных. На графике с логарифмическим масштабом времени интервал, в котором r превышает r0, действительно кажется чрезвычайно узким, но в линейном масштабе (см. рис. ниже) этот промежуток зрительно расширяется. Когда временнáя шкала ограничивается возрастом Вселенной (13,8 млрд лет), интервал становится очень широким: видно, что r > 0,4 можно зарегистрировать в любой момент в последние 7,8 млрд лет. Дать однозначный ответ на вопрос о том, длительным или кратким следует считать такой период, невозможно.

Изменение <i>r</i>. Серым отмечена область, в которой <i>r</i> > 0,4. (Здесь и далее иллюстрации из Astrophysical Journal.)
Изменение r. Серым отмечена область, в которой r > 0,4. (Здесь и далее иллюстрации из Astrophysical Journal.)

Сделав это наблюдение, австралийцы вычислили вероятность измерения r > r0 для наблюдателей, находящихся на планетах, аналогичных Земле. В расчётах использовалось распределение аналогов Земли по возрасту, полученное в 2001 году сотрудником Университета Нового Южного Уэльса Чарльзом Лайнвивером (Charles Lineweaver) на основе оценок того, как меняется металличность и скорость формирования звёзд во Вселенной. На эволюцию жизни на экзопланетах авторы отводили четыре миллиарда лет — столько времени, сколько этот процесс продолжался на Земле.

В итоге выяснилось, что (68+14–10)% наблюдателей на планетах земной группы должны регистрировать ещё более близкие друг к другу значения ΩΛ и Ωm, чем мы. Следовательно, ничего удивительного в примерном равенстве Ωm и ΩΛ нет.

Изменения параметров на участке, ограниченном 1 и 100 млрд лет после Большого взрыва. Тонкой сплошной линией в нижней части рисунка обозначено распределение напоминающих Землю планет по возрасту. Кривая, проведённая утолщённой линией, смещена на четыре миллиарда лет (время эволюции жизни) относительно предыдущей; она показывает, какая часть наблюдателей отметит r > r0.

Этот результат не слишком сильно зависит от времени ΔT, отводимого на развитие наблюдателей на экзопланетах. Если эволюция проходит за ~0 млрд лет, вероятность обнаружения r > r0 составит 55%, а чрезвычайно медленная эволюция, растянувшаяся на 8 млрд лет, даст хоть и не такую высокую, но всё же значительную — 30-процентную — вероятность.

Зависимость результата от времени, отводимого на развитие наблюдателей.
Зависимость результата от времени, отводимого на развитие наблюдателей.

Полная версия отчёта опубликована в издании Astrophysical Journal.

Подготовлено по материалам PhysOrg.

7 Сентября 2011, 3:44    Den    4391    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.