6. De Kosmologische Constante

Presentatie over: "6. De Kosmologische Constante"— Transcript van de presentatie:

1 6. De Kosmologische Constante
Waarnemingen Interpretatie Inflatie “Oplossing” van drie grote problemen Topologische weeffouten: magnetische monopolen en kosmische veren

2 Waarnemingen

3

4 “Waargenomen”: Vacuumenergie:

5 De kosmologische constante,
onopgeloste vragen: Wat stelt zij fysisch voor? Waarom heeft zij deze waarde? Waarom is zij eerst nu merkbaar?

6 Inflatie Thans vier fundamentele krachten: 1. zwaartekracht
2. elektrische/magnetische kracht 3. zwakke kernkracht 4. sterke kernkracht Unificatie van krachten: electrozwakke unificatie (2 en 3) bij `grand unification’ (2/3 en 4) bij

7 Dit proces is dus een verbreking van symmetrie.
Zodra het heelal is afgekoeld tot een `unificatiepunt’ treedt een onderscheid op tussen de betreffende krachten (verschillende koppelingsconstanten, evt. rustmassa’s van de verschillende krachtoverbrengende deeltjes of `bosonen’). Dit proces is dus een verbreking van symmetrie. Het is te vergelijken met een faseovergang: bepaalde fysische grootheden (`velden’) nemen waarden aan die gecorrelleerd zijn over een stukje van de ruimte, vergelijkbaar met kristalvorming in een onderkoelde vloeistof of spontane magnetisatie. Bij deze faseovergang komt energie vrij. In het heelal is dit de energie van het veld dat de grondtoestand beschrijft, het `valse vacuüm’.

8 Analogie: Magnetische domeinen in een ferrometaal

9 Zodra ten gevolge van expansie:
bepaalt het valse vacuüm de expansie:

10 Voor voldoende grote R:
exponentiële uitdijing of “inflatie” Dit gebeurt bij Voor een inflatieperiode van s expandeert het heelal met een factor:

11 horizon- of causaliteitsprobleem
Oplossing van het horizon- of causaliteitsprobleem Waarom is de toestand van B praktisch dezelfde als van C? Zij zijn immers causaal niet met elkaar verbonden. Zichtbare heelal voor A: dH ~ ct0 ~ 1026 m en op tf~10-32 s df~dH(tf/t0)1/2<100 m. Een causaal verbonden gebied ten tijde van t~10-34 s heeft afmeting ri~ ct ~ m maar na inflatie: rf ~ e100 ri ~ m, d.w.z. >> df.

12 Oplossing van het vlakheidsprobleem
Na de periode van inflatie is R toegenomen met een factor > 1043, en reduceert de Friedmannvergelijking met grote nauwkeurigheid tot: Er ontstaat dus een kritisch heelal!!

13 Bij de faseovergang aan het einde van het
inflatietijdperk komt een “warmte” vrij ter grootte van de energie van het valse vacuüm in de vorm van een relativistisch gas van elementaire deeltjes (quarks, fotonen etc.) met een temperatuur ~ 1013 GeV. Hieruit ontwikkelt zich het heelal zoals wij dat kennen.

14 Oplossing van het Gladheidsprobleem T =  0,00001 K
In inflationair heelal is met grote nauwkeurigheid en kunnen sterrenstelsels zich juist op tijd vormen door gravitationele samentrekking uit de fluctuaties op z=1000. :

15 Topologische weeffouten Na de inflatie

16 Valse vacuüm Echte vacuüm 1D 2D

17 Muren

18 “Veren” Cosmic

19 Weefsels Textures

20 Monopool Veer Muur

21 Reconnectie van strings/veren
en vorming van lussen.

22 Reconnectie van strings in vloeibare kristallen

23

24 Een kosmologische string heeft binnenin
op zijn as een stukje vacuümenergie dat niet kan vervallen omdat het topologisch is ingevroren. De energiedichtheid die hierbij hoort is enorm: Door hun zwaartekrachtswerking kunnen ze fungeren als kiemdraden voor de vorming van sterrenstelsels. Hun aanwezigheid kan zich verraden in gravitatielenzen.

25 Extra dimensies?

26 10 of 11 dimensies?