Введение к работе
Актуальность темы. Минувшее десятилетие ознаменовалось значительной вспышкой -интереса к космологии. Как космологи-профессионалы, так п специалисты в области физики элементарных частиц с большим энтузиазмом занимались изучением особой эпохи, по-видимому клевшея место в далеком прошлом ная.'еи Вселешюя. Эта эпоха гам стадия, на важность которой впервые обратил серьезное внимание А.Гус, получила название инфляционной (в русском варианте - стадии раздувания). а описывающий ее космологический сценарий -название сценария инфляционной (раздувающейся) Вселенной. Огромное достоинство сценария раздувающейся Вселенной состоит в том, что, нисколько не затрагивая основ общепринятого т. наз. сценария горячей Вселенной (или стандартного сценария), он в то же время лишает этот сценарий целого ряда существенных проблем. Большинство из этих проблем (среди которых проблема однородности и изотропии наблюдаемой области, проблема плоскостности, проблема отсутствия монополей, проблема генерации первичных возмущений для образования структурности и пр.) являлись в сущности проблемами Формирования начальных условий для стадии горячего расширения. Согласно сценарию раздувающейся Вселенной требуемые условия формировались именно на стадии раздувания, предшествовавшей стадии горячего расширения.
Физические процессы, протекающие в раздувающейся Вселенной, чрезвычайно интересны и совершенно уникальны. Если обратить внимание на то обстоятельство, что быстрое расширение постоянно "конвертирует" пространственные масштабы, превращая "микроскопические" в "макроскопические", становится ясно, что раздувающаяся Вселенная является как-би мостом, узлом, связующим микрофизику с макрофизикой. Нельзя не поражаться тому факту, что структура галактик и их скоплений способна хранить информацию о процессах, происходящих в мире элементарных частиц.
Попытки построения наиболее реалистичного сценария раздувания привели вначале к созданию т. наз. нового
инфлпцконгаго сценария (в отличие от старого, предложенного А.Гусом). Затем А.Д.Линде Оыл предложен сценарии хаотического раздувания, который и является в настоящее время наиболее популярным. Важной особенностью сценария хаотического раздувания является, ь частности, то обстоятельство, что, согласно этому сценарию, раздувание во Вселенной может начинаться (и даже скорее всего начинается) при плотности энергии порядка плаиковскоп. Другая его особенность состоит в предсказании сложней, неоднородной структуры Вселенной на пространственных масштабах много больше наблюдаемых.
Несмотря на огромную популярность сценария раздувающейся Вселенной, в особенности сценария хаотического раздувания, и на громадное число посвященных ему работ, проблема непосредственной проверки этого сценария остается до сік пор во многом нерешенной. Гем самым представляется чрезвычайно важным вопрос о наблюдаемых физических следствиях раздувания. Во-первых, обнаружение таких следствий могло Оы помочь в выборе того или иного варианта сценария раздувания (не говоря уже о возможности подтвердить сценарий раздававши в целом) и тем самым уточнить наши представления о глобальной структуре Вселенной. Во-вторых, такие следствия могли бы пролить свет на структуру мира на очень малых масштабах, недоступных прямым экспериментальным наблюдениям ни сегодня, ни в обозримом будущем.
Цель работы состоит в изучении влияния неоднородности раздувающейся Вселенной на спектр формирующихся в процессе раздувания догалактических возмущений. При этом ставятся задачи:
1. Исследовать влияние крупномасштабной классической
неоднородности раздувающейся Вселенной на поведение
мелкомасштабішх квантовых флуктуацій и определить возникающий
при этом спектр первичных возмущений.
2. Провести анализ двухточечных корреляционных функций
плотности и скорости вещества в наблюдаемой области и изучить
возмоленость проверки сценария раздувающейся Вселенной путем
. астрофизических наблюдений.
3. Исследовать стохастическую динамику раздувающейся
Еселепноя і: разработать мето;;?,! изучения статистических сьоиств адїзичєских ьедичин, зависящих от "исторіш" раздевания.
Научная новизна работы. В работе впервые рассмстрен вопрос о влиянии неоднородности раздувапдеися Вселенной на фсрнпрукідуюся крупномасштабную структурность. При этом обнаружено, что это влиянии глоцродглг к формированию анизотропного спектра догадзктнческих возмущений. Показано, что зішзотроаил спектра масштабно инвариантна и носит гзадрупельный .характер.
Получены вираження для двухточечных корреляционных функций .:.. '..йети и скорости крупномпсатпбного распределения вещества ;, :(йОлюдаекоЛ области Вселенной. впоказано, что в области пространственных масштабов, в когорен не успели сказаться :>.v:iKw;:H;je пртцесси, еьязаише с образованием галактик и их скоплений, эти керреляшюшше функшпі анизотропны. Сделан вывод о вос.'ло.кюсгл правежи сценария хаотического раздувашія путем наблюдения крупномасштабной структурности.
Л'іл псолодоьзння хаотихескоЛ дднз:глкп раздувающейся Вселенной, которчя vr, -от бить описана в терминах уравнения Лазкдезенп И/пли сдодугдего из него уравнеіпи Фоккера-Планкз, использован подход, основанный но интегралах но путям. В "квазикласспчзс.с!!" приближении вычислены распределения верояткостл рзздтчнп;: тішов для скалярного поля, а также построен метод 'Дірзлздения статистики физических величин, зависящих от "и: "орті" раздувашія. Этим методом исследована статистика степени зшізотрогпта крупномасштабной структурности, представляющей собой величину такого тіша.
Практическая ценность полученных в работе результатов состоит в предсказании нового наблюдаемого эффекта, в принципа позволяЕщего 'г-к проверить популярний космологический сценарии, так и прс.дгь свет на физические процессн в области масштабов (анергий), недоступных прямым экспериментальным исследованиям.
Апробация работы. Материалы диссерташш докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Актуальнее проблемы астрофизики", лагерь РГУ "Лиманчик",. Крэснодарскг.п край,
І98Б; на Советско-Американской встрзче по астрофизике высоких энергий, г. Тбилиси - г. Москва, 1989; на Советско-Американской школе по космологии для молодых ученых, г. Москва - г. Таруса - гос. Тыравере - нос. Черноголовка, 1990; на научных семинарах ФИАН, ГАШ МГУ.
Основное содержание диссертации опубликовано в 4-х работах, сшісок которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. 'Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературы. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, список литературных ссшюк содержит 100 наименований.