Lịch sử tóm tắt của vũ trụ
Hình 1: Lịch sử tóm tắt của vũ trụ: các thời kỳ và các thời điểm tương ứng.
Vũ trụ trải qua những thời kì sau:
Thời kì hấp dẫn lượng tử (kéo dài đến thời điểm $10^{-43}$ giây)
Thời kì Thống nhất lớn (kéo dài đến thời điểm
Những nhiễu loạn gây ra nên bởi lạm phát
Nhiễu loạn vô hướng
Nhiễu loạn tensor
Lạm phát vũ trụ
Lạm phát (inflation) là hiện tượng vũ trụ giãn nở cực nhanh trong thời đoạn vào buổi sơ sinh của vũ trụ. Giai đoạn sơ sinh của vũ trụ quan trọng nhất là những thăng giáng lượng tử trong thời kỳ lạm phát. Trong lạm phát những thăng giáng lượng tử vi mô sẽ toả rộng lên kích thước vĩ mô tạo nên mầm cho các cấu trúc kích thước lớn như các thiên hà .
Hiện chưa có một lí thuyết hoàn chỉnh về lạm phát, song các nhà vật lý thiên về giả thuyết ngưng tụ của một tường vô hướng của hạt inflaton.
Để minh hoạ vấn đề ta xét mô hình một trường (single fỉeld). Ta xuất phát từ hàm tác động (action):
$$S=\dfrac{1}{2}\int \sqrt{-g}\left[ R-g^{\mu\nu}\partial_{\mu}\Phi\partial_{\nu}\Phi -V(\Phi)\right]$$
Quá trình lạm phát được gây ra bởi một trường vô hướng (trường inflaton) với thế
năng được mô tả bởi hình 2. Nếu thế năng có một dạng phẳng thì giai đoạn đó sẽ xảy
ra lạm phát, sau đó lạm phát sẽ kết thúc và vũ trụ trở nên nóng lại và không còn giãn nở nữa.
Vì sao đoạn phẳng đó lại gây ra lạm phát?
Điều kiện để có được đoạn phẳng đó là điều kiện xấp xỉ cuộn chậm SR (slow roll-còn
có thể dịch là lăn chậm). Trong điều kiện
$$V(\Phi)\gg\dfrac{\Phi^2}{2}$$
ý nói hàm V lớn hơn nhiều lần sự biến thiên của hàm) thì hàm V có một đoạn phẳng kéo dài và
trong giai đoạn này xảy ra lạm phát. Như vậy phải có đoạn SR để kéo dài qúa trình lạm phát.
Đến thời điểm nào đó V biến thiên đột ngột làm cho lạm phát kết thúc và gây nên chuyển pha
bậc 1 (trong qúa trình chuyển pha này không loại trừ sự phát sinh sóng hấp dẫn). Tiếp theo đó là
quá trình nóng dần (không còn làm phát gây nên sự làm lạnh không gian).
Có nhiều mô hình về lạm phát. Sau đây chúng ta giải thích thế nào là SR trên một ví dụ
đơn giản.
Ta lấy ví dụ về trường vô hướng:
Hình 2: Biến thiên của hàm V
Xét metric:
$$ds^2=-dt^2+a^2(t)d\vec{x}^2$$
ta sẽ có các phương trình sau:
$$\dfrac{\ddot{a}}{a}=-\dfrac{4\pi G}{3}\left( \rho+3p\right),\ \rho+3p=\left( \left( \dot{\Phi}\right)^2-V(\Phi)\right)$$
trong đó a = thừa số kích thước của vũ trụ-scale factor và p là áp suất của hệ.
Điều kiện SR là:
$$\left( \dot{\Phi}\right)^2<V(\Phi)$$
ý nói đạo hàm nhỏ hơn thế năng như vậy có một đoạn phẳng và $$\dfrac{\ddot{a}}{a}=-\dfrac{4\pi G}{3}(\rho+3p)>0$$
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét