Kvintesence (fyzika) - Quintessence (physics) - Wikipedia

Další formy kvintesence viz Kvintesence (disambiguation). Teorie a zaniklé nebo klasické pojmy pojmenované podle synonyma „éter“ viz Éter (disambiguation).

v fyzika, kvintesence je hypotetický druh temná energie, přesněji a skalární pole, předpokládá se jako vysvětlení pozorování rychlost zrychlení expanze vesmíru. První příklad tohoto scénáře navrhl Ratra a Peebles (1988).[1] Koncept byl rozšířen na obecnější typy časově proměnné temné energie a pojem „kvintesence“ poprvé představil v článku z roku 1998 Robert R. Caldwell, Rahul Dave a Paul Steinhardt.[2] Někteří fyzici navrhli, aby byl pátá základní síla.[3][4][5] Kvintesence se liší od kosmologická konstanta vysvětlení temné energie v tom, že je dynamická; to znamená, že se mění v čase, na rozdíl od kosmologické konstanty, která se podle definice nemění. Kvintesence může být buď atraktivní, nebo odpudivá v závislosti na poměru její kinetické a potenciální energie. Ti, kdo pracují s tímto postulátem, věří, že kvintesence byla odpudivá asi před deseti miliardami let, asi 3,5 miliardy let po Velký třesk.[6]

Skalární pole

Kvintesence (Q) je skalární pole s stavová rovnice kde wq, poměr tlaku pq a hustota q, je dána potenciální energií a kinetický termín:

Kvintesence je tedy dynamická a obecně má hustotu a wq parametr, který se mění s časem. Naproti tomu kosmologická konstanta je statická, s pevnou hustota energie a wq = −1.

Sledovací chování

Mnoho modelů kvintesence má a stopař chování, které podle Ratra a Peebles (1988) a Paul Steinhardt et al. (1999) částečně řeší problém kosmologické konstanty.[7] V těchto modelech má kvintesenční pole hustotu, která úzce sleduje (ale je menší než) hustotu záření do rovnost záření a hmoty, která spouští kvintesenci, aby začala mít vlastnosti podobné temné energii a nakonec ovládla vesmír. To přirozeně nastavuje minimum měřítko temné energie.[8] Při porovnávání předpovězených míra expanze vesmíru, jak je dáno sledovacími řešeními s kosmologickými daty, je hlavním rysem sledovacích řešení to, že pro správný popis chování jejich stavová rovnice,[9][10] vzhledem k tomu, že se ukázalo, že maximálně lze dvouparametrový model optimálně omezit střednědobými budoucími daty (horizont 2015–2020).[11]

Specifické modely

Některé zvláštní případy kvintesence jsou fantomová energie, ve kterém wq < −1,[12] a k-podstata (zkratka pro kinetickou kvintesenci), která má nestandardní formu Kinetická energie. Pokud by tento druh energie existoval, způsobilo by to a velká rip[13] ve vesmíru kvůli rostoucí hustotě energie temné energie, která by způsobila, že se rozpínání vesmíru zvyšuje rychleji než exponenciální rychlostí.

Holografická temná energie

Holografické modely temné energie ve srovnání s modely kosmologické konstanty znamenají vysokou zvrhlost.[je zapotřebí objasnění ][14]Bylo navrženo, že temná energie může pocházet kvantové fluktuace z vesmírný čas, a jsou omezeny horizontem událostí vesmíru.[15]

Studie s kvintesencí temné energie zjistily, že dominuje gravitačnímu kolapsu v simulaci časoprostoru na základě holografické termalizace. Tyto výsledky ukazují, že čím menší je tuzemský parametr kvintesence, tím těžší je termalizace plazmy.[16]

Scénář Quintom

V roce 2004, kdy vědci přizpůsobili vývoj temné energie kosmologickými údaji, zjistili, že stavová rovnice možná překročila hranici kosmologické konstanty (w = –1) shora dolů. Osvědčený no-go věta označuje tuto situaci, tzv Scénář Quintom, vyžaduje pro modely temné energie alespoň dva stupně volnosti.[17]

Terminologie

Jméno pochází z quinta essentia (pátý prvek). Toto se nazývá latinsky od středověku, což byl prvek, který přidal Aristoteles k ostatním čtyřem starověkým klasické prvky, protože si myslel, že to byla podstata nebeského světa. Aristoteles nazval tento prvek éter, který považoval za čistý, jemný a původní prvek. Podobně by moderní kvintesence byla pátým známým „dynamickým, časově závislým a prostorově nehomogenním“ příspěvkem k celkovému obsahu energie a energie ve vesmíru.

Samozřejmě, že další čtyři komponenty nejsou starověké řecké klasické prvky, ale raději "baryony, neutrina, temná hmota, [a] záření „Ačkoli jsou neutrina někdy považována za záření, termín„ záření “se v této souvislosti používá pouze k označení bezhmotného fotony. Prostorové zakřivení vesmíru (které nebylo detekováno) je vyloučeno, protože je nedynamické a homogenní; kosmologická konstanta by v tomto smyslu nebyla považována za pátou složku, protože je nedynamická, homogenní a nezávislá na čase.[2]

Viz také

Reference

  1. ^ Ratra, P .; Peebles, L. (1988). "Kosmologické důsledky postupného homogenního skalárního pole". Fyzický přehled D. 37 (12): 3406–3427. Bibcode:1988PhRvD..37.3406R. doi:10.1103 / PhysRevD.37.3406. PMID  9958635.
  2. ^ A b Caldwell, R.R .; Dave, R .; Steinhardt, P.J. (1998). „Kosmologický otisk energetické komponenty s obecnou stavovou rovnicí“. Phys. Rev. Lett. 80 (8): 1582–1585. arXiv:astro-ph / 9708069. Bibcode:1998PhRvL..80.1582C. doi:10.1103 / PhysRevLett.80.1582. S2CID  597168.
  3. ^ Wetterich, C. „Kvintesence - pátá síla ze změny základní stupnice“ (PDF). Heidelberg University.
  4. ^ Dvali, Gia; Zaldarriaga, Matias (2002). „Změna α s časem: důsledky pro experimenty a kvintesenci typu páté síly“ (PDF). Dopisy o fyzické kontrole. 88 (9): 091303. arXiv:hep-ph / 0108217. Bibcode:2002PhRvL..88i1303D. doi:10.1103 / PhysRevLett.88.091303. PMID  11863992. S2CID  32730355.
  5. ^ Cicoli, Michele; Pedro, Francisco G .; Tasinato, Gianmassimo (23. července 2012). „Přirozená kvintesence v teorii strun“ - přes arXiv.org.
  6. ^ Wanjek, Christopher. „Kvintesence, zrychlování vesmíru?“. Astronomie dnes.
  7. ^ Zlatev, I .; Wang, L .; Steinhardt, P. (1999). „Kvintesence, kosmická náhoda a kosmologická konstanta“. Dopisy o fyzické kontrole. 82 (5): 896–899. arXiv:astro-ph / 9807002. Bibcode:1999PhRvL..82..896Z. doi:10.1103 / PhysRevLett.82.896. S2CID  119073006.
  8. ^ Steinhardt, P .; Wang, L .; Zlatev, I. (1999). "Kosmologická sledovací řešení". Fyzický přehled D. 59 (12): 123504. arXiv:astro-ph / 9812313. Bibcode:1999PhRvD..59l3504S. doi:10.1103 / PhysRevD.59.123504. S2CID  40714104.
  9. ^ Linden, Sebastian; Virey, Jean-Marc (2008). „Test parametrizace Chevallier-Polarski-Linder pro rychlou rovnici přechodu stavu temné energie“. Fyzický přehled D. 78 (2): 023526. arXiv:0804.0389. Bibcode:2008PhRvD..78b3526L. doi:10.1103 / PhysRevD.78.023526. S2CID  118288188.
  10. ^ Ferramacho, L .; Blanchard, A .; Zolnierowsky, Y .; Riazuelo, A. (2010). "Omezení vývoje temné energie". Astronomie a astrofyzika. 514: A20. arXiv:0909.1703. Bibcode:2010A & A ... 514A..20F. doi:10.1051/0004-6361/200913271. S2CID  17386518.
  11. ^ Linder, Eric V .; Huterer, Dragan (2005). "Kolik kosmologických parametrů". Fyzický přehled D. 72 (4): 043509. arXiv:astro-ph / 0505330. Bibcode:2005PhRvD..72d3509L. doi:10.1103 / PhysRevD.72.043509. S2CID  14722329.
  12. ^ Caldwell, R. R. (2002). „Skrytá hrozba? Kosmologické důsledky temné energetické složky se super-negativní stavovou rovnicí“. Fyzikální písmena B. 545 (1–2): 23–29. arXiv:astro-ph / 9908168. Bibcode:2002PhLB..545 ... 23C. doi:10.1016 / S0370-2693 (02) 02589-3. S2CID  9820570.
  13. ^ Antoniou, Ioannis; Perivolaropoulos, Leandros (2016). „Geodetika McVittie Spacetime s přízračným kosmologickým pozadím“. Phys. Rev. D. 93 (12): 123520. arXiv:1603.02569. Bibcode:2016PhRvD..93l3520A. doi:10.1103 / PhysRevD.93.123520. S2CID  18017360.
  14. ^ Hu, Yazhou; Li, Miao; Li, Nan; Zhang, Zhenhui (2015). "Holografická temná energie s kosmologickou konstantou". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2015 (8): 012. arXiv:1502.01156. Bibcode:2015JCAP ... 08..012H. doi:10.1088/1475-7516/2015/08/012. S2CID  118732915.
  15. ^ Shan Gao (2013). „Vysvětlení holografické temné energie“. Galaxie. 1 (3): 180–191. Bibcode:2013Galax ... 1..180G. doi:10,3390 / galaxie1030180.
  16. ^ Zeng, Xiao-Xiong; Chen, De-You; Li, Li-Fang (2015). „Holografická termalizace a gravitační kolaps v časoprostoru, kterému dominuje kvintesenční temná energie“. Fyzický přehled D. 91 (4): 046005. arXiv:1408.6632. Bibcode:2015PhRvD..91d6005Z. doi:10.1103 / PhysRevD.91.046005. S2CID  119107827.
  17. ^ Hu, Wayne (2005). „Přechod fantomové propasti: Vnitřní stupně svobody temné energie“. Fyzický přehled D. 71 (4): 047301. arXiv:astro-ph / 0410680. Bibcode:2005PhRvD..71d7301H. doi:10.1103 / PhysRevD.71.047301. S2CID  8791054.

Další čtení