Проблема плоскостности (HjkQlybg hlkvtkvmukvmn)

Проблема плоскостности — это космологическая проблема, связанная с вопросом, почему наблюдаемая Вселенная кажется практически плоской (в смысле евклидовой геометрии), несмотря на то, что в рамках стандартной модели Большого взрыва плоскость Вселенной должна быть очень нестабильной. Эта проблема является одним из ключевых вызовов, с которым столкнулась классическая теория Большого взрыва, и стала одним из аргументов в пользу инфляционной модели Вселенной.

Суть проблемы

Общая теория относительности предсказывает, что форма пространства зависит от плотности материи и энергии во Вселенной. В зависимости от этой плотности Вселенная может быть:

• Положительно изогнутой (если плотность больше критической, аналогично сфере),
• Отрицательно изогнутой (если плотность меньше критической, как гиперболическая поверхность),
• Плоской (если плотность равна критической, как в евклидовой геометрии).

Современные наблюдения, особенно данные реликтового излучения, показывают, что Вселенная почти плоская, с отклонениями, если они существуют, не более чем на 0,4 %. Однако, если Вселенная была немного не плоской в ранние времена, со временем её кривизна должна была увеличиваться. Если Вселенная не была строго плоской с самого начала, её кривизна должна была стать заметной сегодня.

Проблема нестабильности плоскостности

Без инфляции плоскостность Вселенной выглядит крайне неустойчивой. Даже небольшие отклонения от критической плотности в первые моменты после Большого взрыва должны были привести к значительному увеличению кривизны со временем. Однако, по данным наблюдений, этого не произошло. Вопрос, почему текущие измерения показывают почти идеальную плоскость, стал известен как «проблема плоскостности».

Решение проблемы

Наиболее распространённое решение проблемы плоскостности — это инфляционная теория Вселенной, предложенная Аланом Гутом в 1981 году. Инфляция — это гипотетический период экспоненциального расширения Вселенной, который произошёл в первые доли секунды после Большого взрыва. Этот процесс разгладил пространство, уменьшая кривизну Вселенной до очень малых значений, практически сделав её плоской.

Инфляционная модель предполагает, что даже если Вселенная начиналась с кривизной, инфляция быстро сделала её настолько близкой к плоской, что сегодня мы не можем наблюдать заметных отклонений.

Наблюдательные данные

Современные наблюдения, в том числе данные от миссий WMAP и Planck, предоставили высокоточные измерения космического микроволнового фонового излучения. Эти данные подтверждают, что наблюдаемая Вселенная очень близка к плоской. Инфляционная теория объясняет не только это, но и другие проблемы классической космологии, такие как проблема горизонта и проблема монополя.

Альтернативные теории

Хотя инфляция является доминирующим решением проблемы плоскостности, существуют и альтернативные теории. Среди них:

• Теории с переменной плотностью энергии во Вселенной, которые позволяют избежать необходимости инфляции.
• Модели циклической Вселенной, согласно которым Вселенная проходит через периоды расширения и сжатия, при этом плоскостность достигается в каждом цикле.

Связь с другими космологическими проблемами

Проблема плоскостности тесно связана с другими космологическими вопросами, такими как проблема горизонта и проблема монополя. Все они представляют собой вызовы для классической модели Большого взрыва и стимулировали развитие инфляционных моделей.

См. также

• Инфляционная теория Вселенной
• Космологические параметры
• Реликтовое излучение

Примечания

1. Guth, A.H. (1981). «Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems.» Physical Review D.
2. Bennett, C.L., et al. (2003). «First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Preliminary Maps and Basic Results.» The Astrophysical Journal Supplement Series.
3. Planck Collaboration (2016). «Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters.» Astronomy & Astrophysics.

Ссылки

• WMAP: Исследования реликтового излучения
• Миссия Planck