2 / 14
И.В. Фомин
66
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2016. № 4
Важным является установление происхождения изначальных неоднородно-
стей, которые объясняют происхождение крупномасштабной структуры Все-
ленной. Инфляционная эпоха в ранней эволюции Вселенной объясняет проис-
хождение первичных неоднородностей и предсказывает их спектр [5]. Таким
образом, появляется возможность сопоставить предсказания теории с наблюда-
тельными данными.
В соответствии с теорией инфляции первичные возмущения произошли из
квантовых флуктуаций. Эти флуктуации имели существенные амплитуды в
масштабах планковской длины и в течение инфляции они приблизились к мас-
штабам галактик с практически теми же амплитудами. Следовательно, инфля-
ция связывает крупномасштабную структуру Вселенной с микроскопическими
масштабами. Результирующий спектр неоднородностей не зависит от частных
сценариев инфляции и имеет универсальную форму, что приводит к однознач-
ным предсказаниям для спектра анизотропии реликтового излучения.
Модели инфляции задают видом эффективного потенциала
( )
V
скалярно-
го поля
,
которое скатывается к минимуму
( ).
V
Конец инфляции вызывает
нарушение условий медленного скатывания, поле осциллирует около минимума
и начинается процесс постинфляционого нагрева. Этот процесс включает в себя
несколько различных стадий, таких как распад инфлатонного конденсата, рож-
дение частиц стандартной модели и их термализация [4, 5].
В настоящее время параметры Большого Взрыва неизвестны. Однако в
рамках теории космологических возмущений можно рассчитать спектры
начальных возмущений плотности вещества и первичных гравитационных волн
в зависимости от значений космологических параметров.
В нулевом порядке Вселенную описывают единственной функцией вре-
мени — масштабным фактором
( ).
a t
В первом порядке возмущения метрики
представляют собой сумму трех независимых мод: скалярной; векторной; тен-
зорной (реликтовые гравитационные волны). Каждая мода характеризуется
спектральной функцией волнового числа
k
[7].
В ходе космологического расширения возмущения метрики эффективно
рождались параметрическим образом из вакуумных флуктуаций под действием
внешнего переменного поля. Начальное квантовое состояние каждой моды
возмущений трансформируется как результат квантово-механической эволю-
ции в состояние «замороженного» вакуума. Причем, имея простую связь с фо-
новой метрикой, гравитационные волны содержат прямую информацию об
энергетическом масштабе начальной стадии эволюции Вселенной.
Данные о влиянии скалярных и тензорных мод можно получить из наблю-
дений анизотропии и поляризации реликтового излучения, которые возникли в
результате совместного воздействия на распределение фотонов всех трех мод
возмущений. Совместный анализ данных о распределении галактик и анизо-
тропии реликтового излучения позволяет рассматривать начальные условия и
эволюцию раздельно.