¿Si el universo es espacialmente infinito (y suponiendo que, si hace la diferencia, que no tenemos inflación eterna), lo que realmente sucedió hace 13,7 billones de años? ¿Fue la densidad de energía infinita (o "muy grande") en cada punto R3? O ¿ R3 sí mismo a algún otro tipo de estructura?
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Las leyes de la física con la teoría de campo y/o de la relatividad general - son locales (y en la teoría de cuerdas, son aproximadamente local). Así que no hace mucha diferencia si un pedazo del Universo es compacto o noncompact. Cerca del Big Bang, la adecuada distancias eran reducido casi a cero. Pero en la cosmología, aún así tiene sentido el uso de las coordenadas en el que la geometría de la rebanada es $$ds^2 = a(t)^2 (dx^2+dy^2+dz^2)$$ donde $a(t)$ es un general reescalado factor que va a cero, $a(t)\to 0$$t\to 0$. El parámetro $t$ también puede ser reparameterized por lo que el $t=|r|$ líneas son nulos que es útil para aclarar la estructura causal del espacio-tiempo.
En cualquier caso, cerca de $t=0$, la física de las obras "local" en las coordenadas $(x,y,z)$ arriba, sin importar el hecho de que $a(t)$ va a cero. Los objetos que se mueven a lo largo de las líneas con la variable $t$ pero los $(x,y,z)$ corresponden a objetos estáticos. Usted no debe imaginar que los objetos están llegando más en el $(x,y,z)$ coordenadas de cerca de $t=0$ sólo en el fin de mantener una adecuada distancia fija. No hay objetos reales están tratando de mantener su distancia adecuada fijo como el Universo se expande; la expansión de las debidas distancias es muy real y usted no debe tratar de negarlo.
En cualquier valor distinto de cero $t$, $R^3$ se queda el mismo $R^3$ (e $S^3$ o $H^3$ lo haría de la misma estancia, colectores, así), y las leyes de la física no puede ser extrapolado a ciegas a la estricta $t=0$ punto, de todos modos. Así que no tiene sentido físico a preguntar qué era "antes" de que el Universo era una $R^3$. Sólo había una singularidad en $t=0$; en cada momento que la física puede discutir, la geometría se $R^3$.
Eterna inflación tiene algunas cosas nuevas que decir - lo que sería relevante si eterno de la inflación se haga sobre estos temas, pero se le pide explícitamente a este tema que debe ser evitado.
icelava
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548
Tu pregunta es muy buena. Me parece la idea de la eterna inflación a ser problemático. El vacío que provoca esta frenética de la inflación es un escalar campo que se extiende más allá del horizonte de longitud. En esta situación inflacionaria el vacío de la densidad de energía es de alrededor de 14 órdenes de magnitud inferior a la de Planck de la densidad de energía. Esto significa que cualquier región tiene un volumen de Hubble a escalas subatómicas y la inflaton campo se extendía a través de las regiones donde no es causal completa. Se presenta congelado, en un sentido. También queda atenuada por su propia acción inflacionaria. Así que el eterno concepto de inflación siempre me ha impresionado como cuestionable.
El potencial para el potencial inflacionario temprano en el universo es una de Sitter forma. El FLRW ecuaciones son $$ \Big(\frac{\dot a}{a}\Big)^2~=~\frac{8\pi G\Lambda}{3}~-~\frac{k}{a^2}, $$ donde suponemos $k~=~0$, por lo general plana espacio que aparece a observar. El temprano universo inflacionario fue impulsado por un escalar campo que genera esta energía del vacío donde $V(\phi)~=~-a\times\phi$, $a$ una constante. Este conjunto de principios constante cosmológica para el de Sitter de expansión con una energía del vacío alrededor de 13 órdenes de magnitud más pequeña que la de la energía de Planck. El universo tiene más densidad de energía de vacío de quark-gluon campo de densidad en un hadrón.
El Lagrangiano de un campo escalar es $L~=~(1/2)\partial^a\phi\partial_a\phi~–~V(\phi)$ y en QFT trabajamos con la densidad Lagrangiana ${\cal L}~=~L/vol$ por lo que la acción $S~=~\int d^3xdt{\cal L}(\phi, \partial\phi)$. Realizamos este en el de Euler-Lagrange de la ecuación de $\partial_a(\partial{\cal L}/\partial(\partial_a\phi))~-~\partial{\cal L}/\partial\phi~=~0$, y mantener en la mente $vol~\sim~x^3$. Esto le da una dinámica ecuación $$ \partial^2\phi ~-~ (3/vol^{4/3})\partial_a\phi~–~ \frac{\partial V(\phi)}{\parcial\phi}~=~ 0. $$ Si suponemos que el inflaton campo es más o menos constante en el espacio durante un tiempo determinado en el Hubble marco DE este puede ser simplificado a $$ {\ddot\phi}~–~(3/vol^{4/3}){\dot\phi}~–~\frac{\partial V(\phi)}{\parcial\phi}~=~0 $$ Que a medio plazo es muy interesante, porque es una especie de fricción. Indica la inflaton campo, lo que impulsa la expansión inflacionaria, se está agotando, o convertirse en, difundido en el espacio. La función potencial aquí es complicado y no se conoce por completo, pero es aproximadamente constante, o alguna pequeña disminución con el valor de $\phi$. ¿Qué sucede entonces, que no es completamente entendido, es que las experiencias de campo en una fase de transición, el potencial se vuelve $V(\phi)~\sim~\phi^2$, con un mínimo de aproximadamente 110 órdenes de magnitud inferior a la que existía en la ininterrumpida fase.
Así que la nucleación de burbujas, tales como el universo observable con una pequeña constante cosmológica, la forma tan largo como el inflaton campo es grande. Sin embargo, a medida que rueda hacia abajo y se convierte atenuada nucleación de burbujas puede disminuir. Es como el agua de soda que pierde a su efervescencia. Así, toda la $R^3$ puede ser "plana", y nuestro universo observable es debido a una burbuja de un gran número producido se extendió a través de esta $R^3$.
Así, lo que comenzó todo este proceso? Puede ser debido a la $Dp$-brane colisiones, o debido a los túneles de algunos de vacío región cerca de un agujero negro es una singularidad en otro espacio-tiempo, o ... . Hay un número de posibles maneras en que esto puede haber sido generado. Así, podríamos imaginar que algunos de vacío "blob" cerca de un agujero negro es una singularidad que los túneles de que el espacio-tiempo y genera un incipiente deSitter el espacio-tiempo. Para el Reissnor-Nordstrom métrica con $g_{tt}~=~1~-~r_0/r~-~\Lambda r^2/3$, cerca de la signularity la Wheeler-deWitt (WDW) euqation es de aproximadamente $$ \Big[\frac{\partial^2}{\partial^2}~-~\frac{9\pi^2}{4G^2}\Big(a^2~-~\frac{\lambda}{3}^4\Big)\Big]\Psi[un]~=~0, $$ donde está esta pottential $U(a)~=~Ca^2~-~Da^4$ el campo cuántico a través de túneles. Esta es entonces una barrera para la producción de una cosmología. Si $k~=~1$ para este blob, entonces este es un pequeño $R^3$ región de los túneles en un nuevo espacio-tiempo. Así que de alguna manera si el universo observable es plana con $k~=~0$ hay un cambio de topología.
La ecuación de WDW define Hartle-Hawking estados. En un artículo reciente Ashoke Sen http://arxiv.org/abs/1101.4254 ilustra cómo el $AdS_2$ límite es una $CFT_1$ que corresponde a Hartle-Hawking estados. Esto significa que puede haber algo de "braney" la correspondencia entre el modelo de arriba con la WDW y $Dp$-brane física. Así que el blob que los túneles de la vecindad de un agujero negro singularidad de las cuántica "deposición" de IIB cadenas en una de branas. Este, a continuación, comienza la inflacionario espacio-tiempo, o pensar en dejar caer la Mentos en las botellas de coca-cola, que pone en marcha un montón de nucleación de burbujas.
Esto es ciertamente más bien especulativo. Me estoy planteando esto como una posible manera de pensar acerca de esto, y la forma en la que podría obtener alrededor de este pequeño problema que plantean con el aparente problema de que existe una cantidad infinita de energía en un $R^3$.
jcevallos
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Voy a tratar esta cuestión, principalmente, sobre la teoría de la Relatividad General, y su Cosmológico métrica solución como se discutió por Lubos. Así que me gustaría añadir un par de puntos a la respuesta.
Es necesario que se entienda que el Big Bang fue la creación de un Espacio-Tiempo de la Relatividad General: así, en particular, el Espacio fue creado en el Big Bang. El uso de R$^3$ en la pregunta que me lleve a ser un sinónimo de "Espacio". Buscando en la redacción de la pregunta:
"el universo es espacialmente infinito" - esto podría ser interpretado como un FLRW solución (un Cosmológico solución de Lubos), que ha negativa o curvatura cero. El otro FLRW caso es curvatura positiva que no serían consideradas "espacialmente infinito". EDITAR voy a asumir que la pregunta se refiere a la curvatura cero caso, en cuyo caso la métrica FLRW se simplifica a
$ds^2 = dt^2 - a(t)^2(dx^2+dy^2+dz^2)$
Como cualquier GR solución no es una cuestión de lo que esto significa, especialmente Cosmologically. Está claro que hay una Euclídeo R^3 métrica aquí y está asociado con un número constante de veces en este indicador, dando una familia de R^3 espacios. En este sentido existe un R^3 en el modelo de GR. Sin embargo, desde el punto de vista de un observador individual O vale la pena señalar que el O la partícula horizonte es finita, es decir, el Observador no "ver" R^3 en un tiempo dado t, sólo elementos de su pasado cono de luz.
Es de interés notar que la transformación de la t de coordenadas representa esta ecuación como:
$ds^2 = a(T)^2(dT^2 - dx^2+ dy^2+ dz^2)$
Este es conformemente equivalente al espacio de Minkowski - como un modelo para el Universo!
La pregunta es acerca de t=T=0 sin embargo. En Penrose de Conformación del Espacio-Tiempo, diagramas y otros lugares de la noción tradicional de que la Singularidad es un "punto" es reemplazado por un "3-superficie" (dibujado como una línea ondulada en estos diagramas). Desde esta perspectiva podríamos ver el T=0 singularidad como un 3-superficie ie quizás R^3. Así que la idea de que el Big Bang es un cero dimensional punto podría ser engañoso aquí.
En cualquiera de los casos se convierte en una cuestión en cuanto a si hubo un pre-Big Bang estado - tal vez uno de los que genera el 3-superficie.
Penrose ha perseguido esta idea en la Conformación Cosmología Cíclica modelo. Aunque no voy a dar todos los detalles, en este enfoque una técnica matemática llamada "Conformal reescalado" se aplica en o cerca del Big Bang. Lo que esto hace es expandir (o "inflar") la métrica de un punto a una totalidad de 3-superficie (no necesariamente R$^3$ ).
Cabe señalar que "la Conformación de reescalar" mantiene el cono de luz y la causalidad de la estructura de una métrica, sino que se expande (o contratos) espacios infinitos en finito de regiones (como en la Conformación de los diagramas referí anteriormente). Así, en un sentido es más "inflacionaria" de la Inflación.
Este 3 de la superficie se toma para ser el final de la superficie después de una anterior aeon. Así que el Big Bang no es un punto, ni es el principio del Universo, sólo el comienzo de un "eón". Penrose cree que, más o menos, se puede deducir esto de GR sin la nueva Teoría Cuántica. Esta teoría afirma ser capaz de explicar a gran escala de estructuras en CMB que incluso la "Inflación" podría no ser capaz de explicar.
La CCC idea es provisional en varios aspectos y no cuentan todavía con los efectos Cuánticos que seguramente va a necesitar para convertirse en una teoría de la pre-Big Bang.
