Ранняя Вселенная и черные дыры В. Н. Лукаш со:

ОСА 25 мая 2012
Ранняя Вселенная
и черные дыры
В. Н. Лукаш
со: Е. В. Михеева, В. Н. Строков
Астрокосмический Центр ФИАН
•
•
•
Экстраполяция КСМ в прошлое
Условия создания ранней Вселенной
Черно-белые дыры и космогенезис
Экспериментальные основания КСМ
Образование космологического потока
Моделирование структуры
Геометрия ранней Вселенной
(структура метрического тензора и
энергии-импульса материи)
• Нулевой порядок
• Первый порядок
тензора
диаграмма Хаббла
структура
S-мода (возмущения плотности)
T-мода (гравитационные волны)
V-мода (вихревые возмущения )
a(t)
S(k )
T(k )
V (k )
Ранняя Вселенная детерминирована
Нулевой порядок (алгебра)
1/ 2
 10

H
0. 3
61 H
 10
  4  3  0.7 
H0
MP  a
a

4
2
10
 2
a
H
2  10  4  0.4
   2  4
 ( 2 , 0. 4 )
4
H
10  0.3a  0.7 a
H 01  14 Gyr  1033 eV 1
M P  1019 GeV  1033 cm 1
Размер Вселенной
В начале радиационно доминированной стадии
физический размер Вселенной превосходил
фундаментальный масштаб в 1030 раз
Столь большой фактор можно объяснить
существованием предшествовавшей
короткой стадии инфляции (γ < 1)
Причинность
Первый порядок (осцилляторы)
гауссовы возмущения
S → затравка для структуры ТМ
(галактики, скопления, войды..)
S+T+V → затравка для структуры РИ
(анизотропия и поляризация)
T/S < 0,1
Квантово-гравитационное
происхождение начальных
космологических возмущений
рождение безмассовых полей из вакуума
под действием гравитационного поля
• Рождение материи
(Гриб, Старобинский 1970е)
• Генерация Т-моды
(Грищук 1974)
• Генерация S-моды
( В Н Л 1980 )
Проблема генерации S и T мод
космологических возмущений в модели
Фридмана сводится к квантово-механической
задаче об элементарных осцилляторах =k,
находящихся во внешнем поле ()
в пространстве Минковского (,x)
Sk   L k d,

2
2 2
L k  3 q   q
2k
2


qT
- поперечно-бесследовая компонента
метрического тензора
2
a
2
 
,
8G
qS
 1
- суперпозиция продольной компоненты
гравит. поля и потенциала скорости
a 
 
,
2
4G
2
2
cs

c
Эволюция элементарных осцилляторов


2
q q , U
,   k , f  U / 
k

q   (  U) q  0
2
f  1
адиабатическая зона
(свободные колебания)


q  (  )1 exp  i  d
f  1
параметрическая зона (заморозка)
q  const
Общий результат
2
H
T 2 ,
MP
T
 4
S
Ожидается (T/S < 0,1):
H  10 ГэВ , γ  0,02
13
Инфляционный Большой взрыв ( < 1)
Для рождения S нужны энергии
Великого объединения
для генерации малого T/S нужна
инфляционная ранняя Вселенная
Образование Вселенной это
создание хаббловского потока


v  Hr ,
  0
a
H  a / a
(антиколлапс или инфляция)
Образование структуры это
разрушение хаббловского потока
  0
a
(коллапс: гало, черные дыры)
Вселенная детерминирована,
большая, существует короткий
период времени (инфляция)
Инфляция не может ответить
на
вопросы о начальных условиях
Как возникают большие плотности?
Как возникает косм. расширение?
Какова начальная симметрия?
Это вопросы космогенезиса
Парадигмы космогенезиса
Космологический постулат (universe: одн+изот)
Рождение Вселенной из «ничего» («ложный» вак)
Инфляция сама создает квазихаббловский поток
Множественные миры (multiverse на инфляции)
Вечная инфляция (субпланковские кривизны/пло)
Космологический постулат заменен на два других: (1)
сверхбольшие кривизны/плотности (2)
импульс к расширению материи
Мы исходим из того, что
* Вселенная не одна (принцип Коперника)
* Механизм гр. воспроизводства вселенных
* Сингулярности черных дыр (коллапс КО)
* Аналитическое продолжение в будущее
интегрируемые сингулярности
модели черно-белых дыр
Наша концепция космогенезиса
Множественные вселенные образуются в Тобластях Ч/Б дыр
в ходе коллапса звезд,
скоплений и других компактных
астрофизических систем на конечной стадии
их эволюции
в материнской вселенной
Ответы на вопросы
(1) Сверхбольшие кривизны/плотности достигаются
в процессе гравитационного коллапса
(2) Импульс на расширение – инверсия коллапса
Интегрируемые сингулярности в Т-областях Ч/Б
позволяют продлить геодезические через r = 0 и
восстановить геодезически полную геометрию
(3) Квазихаббловский поток формируется из материи,
рожденной квантово-гравитационным образом
в Т-областях Ч/Б дыр и подхваченной инфляцией
Интегрируемые сингулярности
(метрики без выколотых точек)
2
dr
2
ds  N (1  2 )dt 
 r d
1  2
2
2
2
N , Φ - действительные ограниченные функции (t,r)
G m(t , r )

,
r
m(t ,0)  0
m(t , r )  4π  T r dr
t
t
0
2
интегрируемая функция в r = 0
Черно-белая дыра
m(r )  4π  Tt t r 2 dr
0
m  4   ( r ) r 2 dr  M 
0
 M  4  p ( r ) r 2 dr  4π  pr 2 dr
r0
0
Белая дыра (r < 0) получается в ходе
продолжения черной (r > 0) при условии
2


4

Gpr
 const в r  0
конечности
 
d r
 2 p
rdr
2
В
Осциллирующая черно-белая дыра
Приливные силы конечны
Rtˆrˆtˆrˆ   ,
Rˆˆˆˆ
2
 2 ,
r
Rtˆˆtˆˆ  Rtˆˆtˆˆ


r
Rrˆˆrˆˆ  Rrˆˆrˆˆ


r
D 

R

ˆ
ˆ
2
rˆi rˆj
d r
2
i
j
GM i


r0
Астрогенная вселенная
ABC – область однородной космологии
Решение с инфляцией
(асимптотический де-Ситтер)
А
2


1
sinh
( H1 )
2
2
2
2
ds  d   cosh ( H1 )dt 
d 
2
2
H1

  0:
sinh H1 
r
,
2 H1
  0 coth 2 H1 
Физическая природа
интегрируемых сингулярностей
   k 2  U   0
  k   k / a :
a


2
2
U  U ( ) 
 a H  aH   2 
a
 2
GM
1 2 2
 a H и
Пока давление в звезде мало, U 
a
2
exp  ik 
H
k 
 3/ 2 ,
, ,  H 4 ln U
k
a 2k
натяжение неограниченно нарастает
H c  0,1  M P ln U0 
1 / 2
GeV, U r  0  20  const
Стрела времени и естественный отбор
* Единая геометрия разделена горизонтами r = 0 и
r = 2GM на секторы с временной и прос. четностями
* Пересечение любого из горизонтов изменяет
смысл координаты r (время или пространство)
* Мы принадлежим космологическому потоку
материи, существующему с момента r = 0
* В докосмологическую эпоху коорд. r описывала
время в Т-области родительской черной дыры
* Ещё дальше она представляла собой радиальную
координату пространства родительской вселенной
* Генеалогическое дерево многолистной вселенной
* Развиваются вселенные, в которых образуются
черные дыры (осциллирующие приливы)
Выводы
Экстраполяция космологической
стандартной модели в прошлое
позволила восстановить ее
начальные условия
(1) Сверхбольшие кривизны и плотности
(2) Импульс в сторону расширения
(3) Квазихаббловский поток материи
Ответы на вопросы космогенезиса
(1) Сверхбольшие кривизны и плотности
достигаются в процессе грав. коллапса
(2) Импульс на расширение материи
возникает при инверсии коллапса
(3) Квазихаббловский поток формируется
из материи, рожденной квантово-грав.
образом в Т-области черно-белой
дыры и подхваченной инфляцией
Аналит ическое продолжение черной дыры
белую реализует ся в классе мет рик с
инт егрируемой сингулярност ью
*
Интегрируемую сингулярность можно сравнить с
каспом, в котором плотность или натяжение материи
расходится, а масса нулевая и гр. потенциал конечен
*
Приливные силы ограничены и все геодезические
продолжаются из черной дыры в белую дыру
*
Масса многолистной вселенной может быть любой
из-за компенсации отрицательной гр. энергией связи
*
Интегрируемые сингулярности напоминают машины
по переработке гравитации в материю
в
Астрогенная космология
многолистная вселенная
генераторами нового поколения
вселенных являются коллапсирующие
компактные объекты, завершившие свою
эволюцию в родительской вселенной