slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation
ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘ/ΚΩΝ & ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 22

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘ/ΚΩΝ & ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - PowerPoint PPT Presentation


  • 96 Views
  • Uploaded on

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘ/ΚΩΝ & ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ. ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΣ ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ. ΟΝΟΜ/ΝΟ: Χατζαρά Ειρήνη ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: κ. Παπαντωνόπουλος. HOT BIG BANG το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο ( SBB). ΕΠΙΤΥΧΗΜΕΝΕΣ ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ Η διαστολή του σύμπαντος

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘ/ΚΩΝ & ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ' - azure


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘ/ΚΩΝ & ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΣ

ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ

ΟΝΟΜ/ΝΟ: Χατζαρά Ειρήνη

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: κ. Παπαντωνόπουλος

hot big bang sbb
HOT BIG BANGτο καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο (SBB)

ΕΠΙΤΥΧΗΜΕΝΕΣ ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ

  • Η διαστολή του σύμπαντος
  • Η ύπαρξη και το φάσμα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου
  • Η αφθονία ελαφρών στοιχείων
  • Ότι δεδομένων των ανωμαλιών του CMBR όπως καταγράφηκαν από τον COBE, υπάρχει ικανοποιητική εξήγηση για την ανάπτυξη της δομής στο σύμπαν
  • ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΙΑΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ
  • Διαστολή του Σύμπαντος από τον Hubble
  • («οι γαλαξίες απομακρύνονται με ταχύτητες ανάλογες της απόστασής τους»)
  • Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου
slide3
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ SBB

ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΚΗ ΑΡΧΗ:Σύμπαν ομογενές & ισοτροπικό

4-διάστατος χωρόχρονος περιγράφεται από τη μετρική Robertson- Walker:

r, θ, φ: «comoving» πολικές συντ/νες,t:χρόνος, a:παράγοντας κλίμακας,k: καμπυλότητα χώρου για κλειστό (k>0) , επίπεδο (k=0) ή ανοιχτό (k<0) Σύμπαν

Φυσική απόσταση= α x comov. distance

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΠΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ:

Εξίσωση συνέχειας:

Εξίσωση Friedmann:

slide4
ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΕΣ ΚΑΘΙΕΡΩΜΕΝΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ
  • Ομοιογένειαμεγάλης κλίμακας

(πρόβλημα ορίζοντα)

  • Επιπεδότητα χώρου
  • Το πρόβλημα των μονοπόλων

ΟΡΙΟ ΠΡΟΒΛΕΨΕΩΝ: 1 sec μετά το Big Bang

slide5
ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΟΡΙΖΟΝΤΑ

Ποια είναι η προέλευση της ομοιομορφίαςτου CMB;

  • Ακτινοβολία από αιτιακά ασύνδετες περιοχές είναι ομοιόμορφη σε αναλογία 1/10000
  • Κατά το μοντέλο BB, η CMB των 2.7 Κ εκπέμφθηκε 380.000 yr μετά τη μεγάλη έκρηξη
  • αλληλεπίδραση περιοχών που απέχουν
  • μόλις 2ο ως προς τη Γη
  • CMB αναμένεται ανομοιογενής και με κοκκώδη μορφή κλίμακας 2ο
slide6
ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΕΠΙΠΕΔΟΤΗΤΑΣ
  • Σχετικό με την τιμή της παραμ. πυκνότητας (τωρινή τιμή: )
  • Μια ελάχιστη αλλαγή στην πυκνότητα του σύμπαντος κατά τον χρόνο Planck θα είχε αλλάξει δραστικά την εξέλιξη του σύμπαντος.
  • Αν το σύμπαν θα

ήταν κλειστό έχοντας καταρρεύσει χιλιάδες

χρόνια πριν.

  • Αν το σύμπαν θα

ήταν ανοιχτό με αμελητέα πυκνότητα ενέργειας.

Ερώτημα που προκύπτει: Πως εξηγούνται οι

τόσο ομαλές, «μη φυσικές» αρχικές συνθήκες;

slide7
ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΜΟΝΟΠΟΛΩΝ
  • Επισημάνθηκε το 1979 από τον John Preskill
  • Η ένωση της παραδοσιακής Κοσμολογίας με τις GUTs έχει σαν αποτέλεσμα πολλά μαγνητικά μονόπολα
  • Μονόπολα: υπερβαρέα σωματίδια με μικρή ενεργό διατομή
  • Δημιουργούνται από το αυθόρμητο σπάσιμο της συμμετρίας, μιας ομάδας σε υποομάδα που περιέχει U(1)
  • Αναπόφευκτο πρόβλημα για κάθε GUT (παρατηρούμενη συμμετρία SU(3)xSU(2)xU(1) )
slide8
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΥ

Εισήχθη το 1981 από τον A. Guth

Επιλύει τους κοσμολογικούς γρίφους

Δεν αντικαθιστά το SBB μοντέλο αλλά το συμπληρώνει

Βασίζεται στην ύπαρξη καταστάσεων με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα η οποία δεν ελαττώνεται με μεγάλη ταχύτητα

ΟΡΙΣΜΟΣ ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΥ:

Η περίοδος κατά την οποία ο παράγοντας κλίμακας του Σύμπαντος επιταχύνεται:

alan guth
ALAN GUTH«ΠΑΛΙΟ ΠΛΗΘΩΡΙΣΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ»
  • Πληθωρισμός: μετάβαση από το ψευδές στο αληθές κενό
  • Το ψευδοκενό έχει ελκτική βαρυτική επίδραση
  • Η βαρύτητα του ψευδοκενού συνοδεύεται από τεράστια

αρνητική πίεση

  • Η αρνητική πίεση υπερνικά τη βαρύτητα
  • Η προκύπτουσα απωστική δύναμη δίνει πληθωριστική

ώθηση (διπλασιασμός μεγέθους Σύμπαντος κάθε 10-37sec)

  • Το ψευδοκενό αποδιεγείρεται με διακυμάνσεις

Φαινόμενο υπέρψυξης στα πεδία Higgs (τα σωματίδια μένουν σε κατάσταση ψευδοκενού, και η συμμετρία σπάει όταν καταφέρουν να φτάσουν στην κατάσταση αληθούς κενού)

higgs
ΠΕΔΙΟ HIGGS & ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΣ

«Υπερψύξη μετάπτωσης φάσης αποτρέπει τον κατακλυσμό των μαγνητικών μονόπολων»

  • Για η βαρύτητα αποχωρίζεται από τις άλλες δυνάμεις
  • Για η ισχυρή πυρηνική αποχωρίζεται από την ηλεκτρασθενή θεωρία

Σημείο εκκίνησης της θεωρίας του Guth: μετάβαση Higgs (διάσπαση GUTs).

Πρότεινε ότι η διαταραχή των GUTs είναι μετάβαση από το ψευδοκενό στο αληθές κενό, άρα:

Ψευδοκενό: κατάσταση στην οποία τα πεδία Higgs είναι μηδενικά αλλά με τεράστια πυκνότητα ενέργειας

Αληθές κενό: Τα πεδία Higgs δεν είναι μηδενικά αλλά με ελάχιστη πυκνότητα ενέργειας

inflaton
ΤΟ ΠΕΔΙΟ INFLATON

Αναγκαία η αρνητική πίεση για την έναρξη πληθωρισμού.

Το βαθμωτό πεδίο φ = φ(t) που την προσφέρει ονομάζεται inflaton.Το αντίστοιχο δυναμικό συμβολίζεται με V(φ).

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ:

  • Παρόμοιο με πεδίο Higgs αλλά το διάγραμμα ενεργειακής πυκνότητας πιο επίπεδο.
  • Το ψευδοκενό αποτελείται από πεδίο inflaton
  • Όταν το inflaton μετακινηθεί σε χαμηλότερη ενεργειακή στάθμη το ψευδοκενό διασπάται

Το δυναμικό του inflaton καθορίζεται από την σχέση :

Το συνολικό μέγεθος του πληθωρισμού είναι:

slide12
ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΤΗΤΑΣ

Επίδραση βαρύτητας αντιστρέφεται κατά τον πληθωρισμό:

Καθώς τα Η, α αυξάνονται με τεράστιο ρυθμό:

Άρα Ω -> 1 ( αντί να απομακρύνεται από το 1 όπως συμβαίνει στην υπόλοιπη ιστορία του Σύμπαντος)

Φαινόμενο ανάλογο ενός μπαλονιού που φουσκώνει

Συμπέρασμα: δε χρειάζεται να ορίσουμε αξιωματικά ότι το Σύμπαν ξεκίνησε με Ω κοντά στη μονάδα

slide13
ΕΠΙΛΥΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΜΟΝΟΠΟΛΩΝ

ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΟΡΙΖΟΝΤΑ

  • Πριν τον πληθωρισμό το μέγεθος του Σύμπαντος είναι πολύ μικρότερο από ότι προβλέπει η θεωρία SΒB.
  • Διαστολή αυτού με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός (ενώ ο ορίζοντας γεγονότων διευρύνεται με την ταχύτητα του φωτός).
  • Οι αιτιακά συνδεδεμένες περιοχές διευρύνονται σε περιοχές μεγαλύτερες από την απόσταση Hubble.
  • Ομοιομορφία της θερμοκρασίας είναι φυσική συνέπεια του πληθωρισμού.
  • Έστω ότι υπήρχε μεγάλος αριθμός μονόπολων στο πρώιμο Σύμπαν.
  • Το ορατό σε μας Σύμπαν έχει προέλθει από τη διαστολή ενός πάρα πολύ μικρού όγκου.
  • Στατιστικά αδύνατο να υπήρξε έστω και ένα μονόπολο στο χώρο αυτό.
slide14
ΠΩΣ ΣΤΑΜΑΤΑ Ο ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΣ?
  • Η ενέργεια του ψευδοκενού πρέπει να

απελευθερωθεί για την παραγωγή ύλης

  • Η διάσπαση του ψευδοκενού ανάλογη

του βρασμού του νερού

  • Φυσαλίδες αληθούς κενού σχηματίζονται στο ψευδοκενό
  • Το τοίχωμά τους διευρύνεται με την ταχύτητα του φωτός
  • Η ενέργεια του ψευδοκενού είναι συγκεντρωμένη στα τοιχώματα και μπορεί να διασκορπιστεί ομοιόμορφα μόνο αν αυτά συγκρουστούν

ΠΡΟΒΛΗΜΑ GRACEFUL EXIT: η διεύρυνση φυσαλίδων δε μπορεί να ανταγωνιστεί τη διαστολή του Σύμπαντος (ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός) άρα δε γίνονται συγκρούσεις.

  • Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας του Σύμπαντος εγκλωβισμένο στα τοιχώματα των φυσαλίδωνάρα έλλειψη επαρκούς ενέργειας για να αρχίσει η Μεγάλη Έκρηξη
slide15
ΤΟ ΝΕΟ ΠΛΗΘΩΡΙΣΤΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ
  • Επίλυση του προβλήματος graceful exit από τον A. Linde το 1982:
  • «Ο πληθωρισμός συμβαίνει κατά τη μετάβαση του πεδίου inflaton από τοπικό ελάχιστο υψηλής θερμοκρασίας στο ελάχιστο χαμηλής θερμοκρασίας»
  • «ολόκληρη η ορατή περιοχή του Σύμπαντος περιλαμβάνεται στο εσωτερικό μιας και μόνο φυσαλίδας, γι αυτό δεν παρατηρούμε ανομοιομορφίες από τις συγκρούσεις των τοιχωμάτων»
  • Ο Linde θεώρησε ένα πεδίο inflaton με μορφή πεπλατυσμένου μεξικάνικου καπέλου με πιο πλατιά και ομαλή κεντρική κορυφή σε σχέση με το αρχικό πρότυπο
slide16
ΠΑΛΙΟΣ Vs ΝΕΟΣ ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΣ

Παλιό μοντέλο:

Νέο μοντέλο:

slide17
ΧΑΟΤΙΚΟ ΠΛΗΘΩΡΙΣΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ
  • Εισήχθη από τον A. Linde (προσπάθεια απλοποίησης πληθωρισμού) :
  • Δεν περιλαμβάνει μεταπτώσεις φάσης
  • Το inflaton αρχικά είναι μετατοπισμένο από το αληθές κενό (κβαντικές ή θερμικές διακυμάνσεις)
  • Ο όρος χαοτικό προκύπτει από τις χαοτικές αρχικές συνθήκες
  • Πληθωρισμός καθώς το inflaton μεταπίπτει στην κατάσταση ελάχιστης ενεργειακής πυκνότητας
  • Πέρας πληθωρισμού όταν φ=0 και το Σύμπαν αναθερμαίνεται κατά τη σύζευξη inflaton με άλλα πεδία
  • Στη συνέχεια το Σύμπαν εξελίσσεται σύμφωνα με το SBB
  • Ο χαοτικός πληθωρισμός είναι ένα γενικό σενάριο που μπορεί να ικανοποιηθεί από αρκετά μοντέλα
reheating
REHEATING (ΑΝΑΘΕΡΜΑΝΣΗ)
  • Η θεωρία αρχικά εισήχθη στα πλαίσια του νέου πληθωριστικού μοντέλου.
  • Ανάγκη εύρεσης ενός γενικού μοντέλου reheating.

3 φάσεις για reheating:

PRE-HEATING

Το ταλαντούμενο πεδίο inflaton φ, διασπάται σε φ-σωμάτια (δεν βρίσκονται σε θερμική ισορροπία)

ΙΙ. Διάσπαση των σωματιδίων της φάσης του preheating

III. THERMALIZATION

Τα παραγόμενα σωματίδια αλληλεπιδρούν για να έρθουν σε θερμική ισορροπία σε μια θερμοκρασία Tr (θερμοκρασία reheating)

slide19

PRE-HEATING

  • Για φ > Μplέχουμε πληθωρισμό (λόγω του όρου που παίζει το ρόλο της τριβής στην εξ. κίνησης του inflaton)
  • Για φ < Μ pl/2 ο όρος γίνεται αμελητέος και το φ μειώνεται ταχύτατα στο ελάχιστο του V(φ) όπου ταλαντώνεται
  • Το πλάτος των ταλαντώσεων μειώνεται (διαστολή , μεταφορά ενέργεια στα φ-σωμάτια που προκύπτουν λόγω ταλάντωσης)

ΔΙΑΣΠΑΣΗ Φ-ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

  • Το inflaton διασπάται σε μποζόνια χ και φερμιόνια ψ με ρυθμούς &
  • Ο ρυθμός μείωσης πλάτους συμπίπτει με το ρυθμό διάσπασης

THERMALIZATION

Το reheatingολοκληρώνεται όταν to Γ είναι μικρότερος από το ρυθμό διαστολής:

slide20
ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ ΟΡΘΟΤΗΤΑΣ ΠΛΗΘΩΡΙΣΜΟΥ
  • Το μέγεθος του Σύμπαντος
  • Η διαστολή Hubble
  • Επίλυση προβλημάτων επιπεδότητας, μονοπόλων και ορίζοντα
  • Ανισοτροπία του CMB
  • Δομές μεγάλης κλίμακας
slide21
ΠΟΥ ΒΡΙΣΚΟΜΑΣΤΕ ΣΗΜΕΡΑ
  • Έχουν προταθεί πολλά μοντέλα πληθωρισμού
  • Η ορθότητα της πληθωριστικής θεωρίας δεν έχει αποδειχτεί ακόμα
  • Υπάρχουν ισχυρότατες ενδείξεις ότι κάποια μορφή πληθωρισμού είναι υπεύθυνη για το Σύμπαν στο οποίο ζούμε (λύσεις προβλημάτων sbb, υπολογισμός με ακρίβεια 15 δεκαδικών της πυκνότητας μάζας του Σύμπαντος, 1 sec μετά τη Μεγάλη Έκρηξη)
slide22
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
  • Lecture Notes in Physics – Cotsakis, Papantonopoulos
  • Το πληθωριστικό Σύμπαν – Alan Guth
  • Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems – Alan Guth
  • Inflation & Eternal Inflation – Alan Guth
  • Cosmological Inflation & Large Scale Structure- Andrew Liddle , David Lyth
  • Principles of Physical Cosmology – P. J. E. Peebles
  • Accelaration of the Universe – Andrew Liddle
  • Initial Conditions for Inflation – Dalia Goldwirth, Tsvi Piran
  • An exposition on inflationary cosmology – G. S. Watson
  • The inflationary decade – Edward W. Kolb
  • Reheating after Inflation – Lev. Kofman, Andrei Linde, Alexei Starobinsky
ad