Квинтэссенция (физика) - Википедия - Quintessence (physics)

О других формах квинтэссенции см. Квинтэссенция (значения). По поводу теорий и несуществующих или классических концепций, названных в честь синонима «Эфир», см. Эфир (значения).

В физика, квинтэссенция это гипотетический форма темная энергия, точнее скалярное поле, постулируется как объяснение наблюдения ускоряющаяся скорость расширения Вселенной. Первый пример этого сценария был предложен Ратра и Peebles (1988).[1] Эта концепция была расширена до более общих типов изменяющейся во времени темной энергии, а термин «квинтэссенция» был впервые введен в статье 1998 г. Роберт Р. Колдуэлл, Рахул Дэйв и Пол Стейнхардт.[2] Некоторые физики предлагали пятая фундаментальная сила.[3][4][5] Квинтэссенция отличается от космологическая постоянная объяснение темной энергии в том, что она динамична; то есть она изменяется со временем, в отличие от космологической постоянной, которая, по определению, не изменяется. Квинтэссенция может быть как притягательной, так и отталкивающей, в зависимости от соотношения ее кинетической и потенциальной энергии. Те, кто работает с этим постулатом, считают, что квинтэссенция стала отталкивающей около десяти миллиардов лет назад, примерно через 3,5 миллиарда лет после Большой взрыв.[6]

Скалярное поле

Квинтэссенция (Q) это скалярное поле с уравнение состояния куда шq, отношение давления пq и плотность q, задается потенциальной энергией и кинетический термин:

Следовательно, квинтэссенция динамична и обычно имеет плотность и шq параметр, который меняется со временем. Напротив, космологическая постоянная статична с фиксированным плотность энергии и шq = −1.

Поведение трекера

Многие модели квинтэссенции имеют трекер поведение, которое, согласно Ратре и Пиблз (1988) и Пол Стейнхардт и другие. (1999) частично решает проблема космологической постоянной.[7] В этих моделях поле квинтэссенции имеет плотность, которая точно соответствует (но меньше) плотности излучения до тех пор, пока равенство материи и излучения, который запускает квинтэссенцию, чтобы начать иметь характеристики, похожие на темную энергию, в конечном итоге доминируя во Вселенной. Это, естественно, устанавливает низкий шкала темной энергии.[8] При сравнении прогнозируемого скорость расширения Вселенная, заданная решениями слежения с космологическими данными, главная особенность решений слежения состоит в том, что для правильного описания поведения их уравнение состояния,[9][10] в то время как было показано, что максимум двухпараметрическая модель может быть оптимально ограничена среднесрочными будущими данными (горизонт 2015–2020 гг.).[11]

Конкретные модели

Некоторые частные случаи квинтэссенции: фантомная энергия, в котором шq < −1,[12] и k-эссенция (сокращение от кинетической квинтэссенции), имеющая нестандартную форму кинетическая энергия. Если бы этот тип энергии существовал, это вызвало бы большой разрыв[13] во Вселенной из-за растущей плотности энергии темной энергии, которая может вызвать расширение Вселенной быстрее, чем экспоненциально.

Голографическая темная энергия

Голографические модели темной энергии по сравнению с моделями космологической постоянной подразумевают высокую вырождение.[требуется разъяснение ][14]Было высказано предположение, что темная энергия могла происходить из квантовые флуктуации из пространство-время, и ограничены горизонтом событий Вселенной.[15]

Исследования квинтэссенции темной энергии показали, что она доминирует над гравитационным коллапсом в моделировании пространства-времени, основанном на голографической термализации. Эти результаты показывают, что чем меньше параметр состояния квинтэссенции, тем труднее термализовать плазму.[16]

Квинтом сценарий

В 2004 году, когда ученые сопоставили эволюцию темной энергии с космологическими данными, они обнаружили, что уравнение состояния, возможно, пересекло границу космологической постоянной (ш = –1) сверху вниз. Проверенный запретная теорема указывает на эту ситуацию, называемую Квинтом сценарий, требует как минимум двух степеней свободы для моделей темной энергии.[17]

Терминология

Название происходит от Quinta Essentia (пятый элемент). Так называемый на латыни еще в средние века, этот элемент был добавлен Аристотель остальным четырем древним классические элементы, потому что он думал, что это суть небесного мира. Аристотель назвал этот элемент эфир, который он считал чистым, прекрасным и изначальным элементом. Точно так же современная квинтэссенция была бы пятым известным «динамическим, зависящим от времени и пространственно неоднородным» вкладом в общее массово-энергетическое содержание Вселенной.

Конечно, остальные четыре компонента не являются древнегреческие классические элементы, скорее "барионы, нейтрино, темная материя, [и] радиация. "Хотя нейтрино иногда считают излучением, термин" излучение "в этом контексте используется только для обозначения безмассовых фотоны. Пространственная кривизна космоса (которая не обнаружена) исключается, потому что она нединамична и однородна; космологическая постоянная не может считаться пятой компонентой в этом смысле, потому что она нединамична, однородна и не зависит от времени.[2]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ratra, P .; Пиблз, Л. (1988). «Космологические последствия катящегося однородного скалярного поля». Физический обзор D. 37 (12): 3406–3427. Bibcode:1988ПхРвД..37.3406Р. Дои:10.1103 / PhysRevD.37.3406. PMID  9958635.
  2. ^ а б Caldwell, R.R .; Dave, R .; Стейнхардт, П.Дж. (1998). «Космологический отпечаток энергетической составляющей с общим уравнением состояния». Phys. Rev. Lett. 80 (8): 1582–1585. arXiv:Astro-ph / 9708069. Bibcode:1998ПхРвЛ..80.1582С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.80.1582. S2CID  597168.
  3. ^ Веттерих, К. «Квинтэссенция - пятая сила вариации фундаментальной гаммы» (PDF). Гейдельбергский университет.
  4. ^ Двали, Гиа; Залдарриага, Матиас (2002). "Изменение альфа со временем: последствия для экспериментов и квинтэссенции пятой силы" (PDF). Письма с физическими проверками. 88 (9): 091303. arXiv:hep-ph / 0108217. Bibcode:2002PhRvL..88i1303D. Дои:10.1103 / PhysRevLett.88.091303. PMID  11863992. S2CID  32730355.
  5. ^ Чиколи, Микеле; Педро, Франсиско Дж .; Тасинато, Джанмассимо (23 июля 2012 г.). "Естественная квинтэссенция теории струн" - через arXiv.org.
  6. ^ Ванек, Кристофер. «Квинтэссенция, ускоряющая Вселенную?». Астрономия сегодня.
  7. ^ Златев, И .; Wang, L .; Стейнхардт П. (1999). «Квинтэссенция, космическое совпадение и космологическая постоянная». Письма с физическими проверками. 82 (5): 896–899. arXiv:Astro-ph / 9807002. Bibcode:1999PhRvL..82..896Z. Дои:10.1103 / PhysRevLett.82.896. S2CID  119073006.
  8. ^ Steinhardt, P .; Wang, L .; Златев, И. (1999). «Решения для космологического слежения». Физический обзор D. 59 (12): 123504. arXiv:Astro-ph / 9812313. Bibcode:1999ПхРвД..59л3504С. Дои:10.1103 / PhysRevD.59.123504. S2CID  40714104.
  9. ^ Линден, Себастьян; Вирей, Жан-Марк (2008). «Тест параметризации Шевалье-Полярски-Линдера для уравнения быстрой темной энергии переходов состояний». Физический обзор D. 78 (2): 023526. arXiv:0804.0389. Bibcode:2008ПхРвД..78б3526Л. Дои:10.1103 / PhysRevD.78.023526. S2CID  118288188.
  10. ^ Ferramacho, L .; Blanchard, A .; Zolnierowsky, Y .; Риазуэло, А. (2010). «Ограничения на эволюцию темной энергии». Астрономия и астрофизика. 514: A20. arXiv:0909.1703. Bibcode:2010A&A ... 514A..20F. Дои:10.1051/0004-6361/200913271. S2CID  17386518.
  11. ^ Линдер, Эрик V .; Huterer, Драган (2005). «Сколько космологических параметров». Физический обзор D. 72 (4): 043509. arXiv:Astro-ph / 0505330. Bibcode:2005ПхРвД..72д3509Л. Дои:10.1103 / PhysRevD.72.043509. S2CID  14722329.
  12. ^ Колдуэлл, Р. Р. (2002). «Фантомная угроза? Космологические последствия компонента темной энергии со сверхотрицательным уравнением состояния». Письма по физике B. 545 (1–2): 23–29. arXiv:Astro-ph / 9908168. Bibcode:2002ФЛБ..545 ... 23С. Дои:10.1016 / S0370-2693 (02) 02589-3. S2CID  9820570.
  13. ^ Антониу, Иоаннис; Периволаропулос, Леандрос (2016). "Геодезические пространства-времени Маквитти с фантомным космологическим фоном". Phys. Ред. D. 93 (12): 123520. arXiv:1603.02569. Bibcode:2016ПхРвД..93л3520А. Дои:10.1103 / PhysRevD.93.123520. S2CID  18017360.
  14. ^ Ху, Ячжоу; Ли, Мяо; Ли, Нан; Чжан, Чжэньхуэй (2015). «Голографическая темная энергия с космологической постоянной». Журнал космологии и физики астрономических частиц. 2015 (8): 012. arXiv:1502.01156. Bibcode:2015JCAP ... 08..012H. Дои:10.1088/1475-7516/2015/08/012. S2CID  118732915.
  15. ^ Шан Гао (2013). «Объяснение голографической темной энергии». Галактики. 1 (3): 180–191. Bibcode:2013Galax ... 1..180G. Дои:10.3390 / галактики 1030180.
  16. ^ Цзэн, Сяо-Сюн; Чен, Де-Ю; Ли, Ли-Фанг (2015). «Голографическая термализация и гравитационный коллапс в пространстве-времени, в котором преобладает квинтэссенция темной энергии». Физический обзор D. 91 (4): 046005. arXiv:1408.6632. Bibcode:2015ПхРвД..91д6005З. Дои:10.1103 / PhysRevD.91.046005. S2CID  119107827.
  17. ^ Ху, Уэйн (2005). «Преодоление фантомной пропасти: внутренние степени свободы темной энергии». Физический обзор D. 71 (4): 047301. arXiv:Astro-ph / 0410680. Bibcode:2005ПхРвД..71д7301Н. Дои:10.1103 / PhysRevD.71.047301. S2CID  8791054.

дальнейшее чтение