Введение в теорию ранней Вселенной, Теория горячего Большого взрыва, Горбунов Д.С., Рубаков В.А., 2016

Введение в теорию ранней Вселенной, Теория горячего Большого взрыва, Горбунов Д.С., Рубаков В.А., 2016.

   Настоящая книга написана в значительной мере с точки зрения связи космологии с физикой микромира. В ней излагаются результаты, относящиеся к однородной изотропной Вселенной на горячей стадии ее эволюции и на последующих космологических этапах. В основных разделах рассматриваются установившиеся представления о ранней и современной Вселенной; эти разделы могут служить современным введением в данную бурно развивающуюся область науки. Для облегчения чтения основных разделов в приложениях приведены необходимые сведения из общей теории относительности и теории элементарных частиц. Кроме того, в книге рассматриваются гипотезы (зачастую альтернативные друг другу), относящиеся к нерешенным проблемам космологии, таким как проблемы темной материи, темной энергии, асимметрии между веществом и антивеществом и т. д.
Монография имеет продолжение «Введение в теорию ранней Вселенной: Космологические возмущения. Инфляционная теория» (М.: URSS), в котором излагаются результаты, относящиеся к теории развития космологических возмущений, инфляционной теории и теории постинфляционного разогрева.
Книга предназначена для научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся в области физики элементарных частиц и в области космологии.




Однородность и изотропия.
На больших масштабах видимая часть современной Вселенной однородна и изотропна. Размеры самых больших структур во Вселенной — сверхскоплений галактик и гигантских «пустот» (voids) — достигают десятков мегапарсек. Области Вселенной размером 200 Мпк и более выглядят все одинаково (однородность), при этом выделенных направлений во Вселенной нет (изотропия). Эти факты сегодня надёжно установлены в результате глубоких обзоров, в которых наблюдалось более миллиона галактик.

Сверхскоплений известно более 20. Местная группа входит в состав сверхскопления с центром в скоплении Девы. Размер сверхскопления около 40 Мпк, и помимо скопления Девы в него входят скопления из созвездий Гидра и Цен-тавр. Эти наиболее крупные структуры уже очень «рыхлые»: плотность галактик
в них всего в 2 раза превышает среднюю. До центра следующего сверхскопления, расположенного в созвездии Волосы Вероники, около сотни мегапарсек.

В настоящее время ведётся работа по составлению наиболее крупного каталога галактик и квазаров — каталога SDSS [1) (Sloan Digital Sky Survey). В его основе лежат данные, полученные с помощью 2,5-метрового телескопа, способного одновременно в 5 частотных диапазонах (длины волн света л = 3800-9200.4, область видимого диапазона) измерять спектры 640 объектов. На этом телескопе предполагалось измерить положение и светимость более двухсот миллионов астрономических объектов и определить расстояния до более 106 галактик и более 105 квазаров. Полная зона наблюдения составила почти четверть небесной сферы. На сегодняшний день обработана большая часть экспериментальных данных, что позволило определить спектры более чем 1.8 млн галактик и 300 тыс. квазаров. Результаты проиллюстрированы на рис. 1.1, где приведены ранние данные SDSS: положения 40 тыс. галактик и 4 тыс. квазаров, обнаруженных на участке небесной сферы площадью 500 квадратных градусов. Хорошо различимы скопления галактик и пустоты, изотропия и однородность Вселенной начинают проявляться на масштабах порядка 200 Мпк и больше. Цвет точки определяет тип объекта. Доминирование того или иного типа обусловлено, вообще говоря, процессами образования и эволюции структур — это асимметрия временная, а не пространственная.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Предисловие к третьему изданию.
Предисловие к первому изданию.
Глава 1. Космология. Краткий обзор.
1.1.О единицах измерения.
1.2.Вселенная сегодня.
1.2.1.Однородность и изотропия.
1.2.2.Расширение.
1.2.3.Время жизни Вселенной и размер её наблюдаемой части.
1.2.4.Пространственная плоскостность.
1.2.5.«Теплая» Вселенная.
1.3.Баланс энергий в современной Вселенной.
1.4.Вселенная в будущем.
1.5.Вселенная в прошлом.
1.5.1.Рекомбинация.
1.5.2.Первичный нуклеосинтез.
1.5.3.Закалка нейтрино.
1.5.4.Фазовые переходы во Вселенной.
1.5.5.Генерация барионной асимметрии.
1.5.6.Генерация тёмной материи.
1.6.Образование структур во Вселенной.
1.7.До горячей стадии.
1.7.1.Аргументы из наблюдательных данных.
1.7.2.Проблемы теории горячего Большого взрыва.
1.7.3.Инфляционная теория.
1.7.4.Альтернативы инфляции.
Глава 2. Однородная изотропная Вселенная.
2.1.Однородные изотропные пространства.
2.2.Метрика Фридмана—Леметра—Робертсона—Уокера.
2.3.Красное смещение. Закон Хаббла.
2.4.Замедление относительного движения.
2.5.Газы свободных частиц в расширяющейся Вселенной.
Глава 3. Динамика расширения Вселенной.
3.1.Уравнение Фридмана.
3.2.Примеры космологических решений. Возраст Вселенной. Космологический горизонт.
3.2.1.Нерелятивистское вещество («пыль»).
3.2.2.Ультрарелятивистское вещество («радиация»).
3.2.3.Вакуум.
3.2.4.Уравнение состояния р = wp.
3.3.Решения с реколлапсом.
Глава 4. ACDM.
4.1.Современный состав Вселенной.
4.2.Общие свойства эволюции Вселенной.
4.3.Переход от замедления к ускорению.
4.4.Переход от радиационно-доминированной к пылевидной стадии.
4.5.Возраст современной Вселенной и размер горизонта.
4.6.Соотношение «видимая яркость — красное смещение» для удалённых стандартных свеч.
4.7.Угловые размеры удалённых объектов.
4.8.Квинтэссенция.
4.8.1.Особенности эволюции однородного скалярного поля в расширяющейся Вселенной.
4.8.2.Ускоренное расширение Вселенной за счёт скалярного поля.
4.8.3.Следящее поле.
Глава 5. Термодинамика в расширяющейся Вселенной.
5.1.Функции распределения бозонов и фермионов.
5.2.Энтропия в расширяющейся Вселенной. Барион-фотонное отношение.
5.3.Модели с промежуточной пылевидной стадией: генерация энтропии.
5.4.Неравновесные процессы.
Глава 6. Рекомбинация.
6.1.Температура рекомбинации в термодинамическом равновесии.
6.2.Последнее рассеяние фотонов в реальной Вселенной.
6.3.Выполнение условий теплового равновесия.
6.3.1.Подогрев электронов.
6.3.2.Кулоновское рассеяние: тепловое равновесие электрон-протонной компоненты.
6.3.3.Тепловое равновесие фотонов.
6.4.Горизонт эпохи рекомбинации и угол, под которым он виден сегодня. Пространственная плоскостность Вселенной.
Глава 7. Реликтовые нейтрино.
7.1.Температура закалки нейтрино.
7.2.Эффективная температура нейтрино. Космологическое ограничение на массу нейтрино.
7.3.Стерильные нейтрино как тёмная материя.
Глава 8. Первичный нуклеосинтез.
8.1.Закалка нейтронов. Нейтрон-протонное отношение.
8.2.Начало нуклеосинтеза. Направление термоядерных реакций.
8.3.Кинетика нуклеосинтеза.
8.3.1.Горение нейтронов, р + n — D + y.
8.3.2.Горение дейтерия.
8.3.3.Первичные 3Не и 3Н.
8.3.4.Образование и горение наиболее тяжёлых ядер первичной плазмы.
8.4.Наблюдаемая распространённость первичных элементов.
Глава 9. Тёмная материя.
9.1.Холодная, горячая и тёплая тёмная материя.
9.2.Закалка тяжёлых реликтовых частиц.
9.3.Слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMPs).
9.4.Другие применения результатов раздела 9.2.
9.4.1.Остаточная плотность барионов в барион-симметричной Вселенной.
9.4.2.Тяжёлые нейтрино.
9.5.Новые частицы — кандидаты на роль тёмной материи.
9.6.Стабильные частицы в суперсимметричных теориях.
9.6.1.Нейтралино.
9.6.2.Снейтрино.
9.6.3.Гравитино.
9.7.Аксионы и другие лёгкие долгоживущие частицы.
9.8.Другие кандидаты.
9.8.1.Сверхтяжёлые реликтовые частицы.
9.8.2.Экзотика.
Глава 10. Фазовые переходы в ранней Вселенной.
10.1.Типы фазовых переходов.
10.2.Эффективный потенциал в однопетлевом приближении.
10.3.Электрослабый вакуум при нулевой температуре.
10.4.Инфракрасная проблема.
Глава 11. Генерация барионной асимметрии.
11.1.Необходимые условия генерации асимметрии.
11.2.Несохранение барионного и лептонных чисел во взаимодействиях частиц.
11.2.1.Электрослабый механизм.
11.2.2.Нарушение барионного числа в теориях Большого объединения.
11.2.3.Несохранение лептонных чисел и майорановские массы нейтрино.
11.3.Генерация асимметрии в распадах частиц.
11.4.Барионная асимметрия и массы нейтрино: лептогенезис.
11.5.Электрослабый бариогенезис.
11.5.1.Условия нарушения термодинамического равновесия.
11.5.2.Генерация барионной асимметрии на толстой, медленно движущейся стенке.
11.5.3.Бариогенезис на тонкой стенке.
11.5.4.Электрослабый бариогенезис, СР-нарушение и ЭДМ нейтрона.
11.6.Механизм Аффлека—Дайна.
11.6.1.Скалярные поля, несущие барионное число.
11.6.2. Генерация асимметрии.
11.7. Заключительные замечания.
Глава 12. Топологические дефекты и солитоны во Вселенной.
12.1.Образование топологических дефектов в ранней Вселенной.
12.2.Монополи т’Хоофта—Полякова.
12.2.1.Монополи в калибровочных теориях.
12.2.2.Механизм Киббла.
12.2.3.Остаточная концентрация: проблема монополей.
12.3.Космические струны.
12.3.1.Струнные конфигурации.
12.3.2.Газ космических струн.
12.3.3.Дефицит угла.
12.3.4.Струны во Вселенной.
12.4.Доменные стенки.
12.5.Текстуры.
12.6.Гибридные топологические дефекты.
12.7.Нетопологические солитоны: Q-шары.
12.7.1.Модель с двумя полями.
12.7.2.Модели с плоскими направлениями.
Приложение А. Элементы общей теории относительности.
А.1. Тензоры в искривлённом пространстве-времени.
А.2. Ковариантная производная.
А.3. Тензор кривизны.
А.4. Уравнения гравитационного поля.
А.5. Конформно-связанные метрики.
А.6. Взаимодействие материи с гравитационным полем. Тензор энергии-импульса.
А.7. Движение частиц в гравитационном поле.
А.8. Ньютоновский предел в общей теории относительности.
А.9. Линеаризованные уравнения Эйнштейна на фоне пространства Минковского.
А.10. Макроскопический тензор энергии-импульса.
A.11. Обозначения и соглашения.
Приложение В. Стандартная модель физики частиц.
B.1. Описание Стандартной модели.
В.2. Глобальные симметрии Стандартной модели.
В.3. С-, Р-, Т-преобразования.
В.4. Смешивание кварков.
В.5. Эффективная теория Ферми.
В.6. Особенности сильных взаимодействий.
B.7. Эффективное число степеней свободы в Стандартной модели.
Приложение С. Осцилляции нейтрино
C.1. Смешивание нейтрино и осцилляции.
С.1.1. Вакуумные осцилляции.
С.1.2. Осцилляции трёх типов нейтрино в частных случаях.
С.1.3. Эффект Михеева—Смирнова—Вольфенштейна.
С.2. Наблюдения нейтринных осцилляций.
С.2.1. Солнечные нейтрино и KamLAND.
С.2.2. Атмосферные нейтрино, К2К и MINOS.
С.2.3. Ускорительные и реакторные нейтрино: |Ue3|.
С.3. Значения параметров осцилляций.
С.4. Дираковские и майорановские массы. Стерильные нейтрино.
C.5. Прямые поиски масс нейтрино.
Приложение D. Квантовая теория поля при конечных температурах.
D.1. Бозонные поля: евклидово время и периодические граничные условия.
D.2. Фермионные поля: антипериодические условия.
D.3. Теория возмущений.
D.4. Однопетлевой эффективный потенциал.
D.5. Дебаевская экранировка.
Монографии, обзоры.
Цветные иллюстрации.
Литература.
Предметный указатель.



Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Введение в теорию ранней Вселенной, Теория горячего Большого взрыва, Горбунов Д.С., Рубаков В.А., 2016 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.Купить эту книгу


Скачать - djvu - Яндекс.Диск.




Теги: учебник по физике :: физика :: Горбунов :: Рубаков