Внимание: Кликнув на некоторые из изображений, Вы увидите видеоролики компьютерного моделирования.
Некоторые из этих видеороликов имеют большой размер.
Эволлюция сети космических струн является относительно сложным результатом всего трех достаточно простых и
фундаментальных процессов: космологического расширения, пересечений
& создания петель, и излучения. Ниже мы опишем каждый из этих процессов...
Общее расширение Вселенной будет `растягивать' струны, подобно любому другому гравитационно
не связанному объекту. Вам будет легко это понять посредством хорошо известной аналогии раздувающегося воздушного шара.
Если Вы нарисуете линию на поверхности воздушного шара, а затем надуете его, то Вы увидите, что длина Вашей `струны'
будет расти в такой же степени, что и радиус воздушного шара.
Всякий раз, когда длинные струны пересекаются друг с другом, они обмениваются концами, или `пересекаются' (вариант (a)
на рисунке внизу). Мы уже сталкивались с этим достаточно странным фактом, при обсуждении струн в контексте
нематических жидких кристаллов. В часности, длинная струна может пересечься сама
с собою, и в этом случае образуется петля (это вариант (b) ниже).
Процессы пересечения и образования петли.
Ниже представлены два видеоролика, изображающих результат числового моделирования процесса пересечения. Первый фильм
(1,5 Mb) показывает полное трехмерное моделирование пересечения двух космических струн....
Воссоединение и `обмен фрагментами' при пересечении двух струн. В этой трехмерной модели, струны сталкиваются со скоростью, равной половине скорости света. Заметьте, что излучение энергии и образование малой петли взаимодействия вследствие столкновения (R. Battye & E. P. Shellard).
...в то время, как второй фильм (1,1 Mb) показывает двумерное сечение такого взаимодействия. Высота поверхности над плоскостью представляет энергию, присутствующую в каждой точке.
Расеяние двух вихрей является в высшей степени необычным; два вихря сближаются и образуют вихрь из
которого под прямыми углами появляются `изменившиеся половинки' (J. Moore & E. P. Shellard).
Как длинные космические струны, так и маленькие петли будут испускать излучение. В большинстве космологических сценариев это будет гравитационное излучение, однако электромагнитное излучение или аксионы также могут излучаться в некоторых случаях (при некоторых особенных фазовых переходах). Здесь представлен единичный, осциллирующий кусок струны (4,2 Mb) ...
Трехмерная модель осциллирующей космической струны (фактически мировой струны). Движение струны, которая закреплена на концах, является периодическим, однако амплитуда медленно снижается благодаря излучению, как показано ниже (R. Battye & E. P. Shellard).
... а здесь Вы можете видеть испускаемое излучение. Заметьте, что это поперечное сечение струны, то-есть, в этом фильме
струна перпендикулярна экрану (1,4 Mb).
Поле излучения показанной выше осцилляции. Поперечное сечение поля сделано в точке максимальной амплитуды. Заметьте четыре лепестка излучения (квадруполь) характерный для всез видов излучения космических струн (R. Battye & E. P. Shellard)
Эффек излучения для петель является гораздо более драматическим, поскольку они теряют таким способом всю свою энергию, и в конечном итоге исчезают. Здесь Вы можете увидеть, что происходит в сулчае двух сцепленных петель. Такая конфигурация вряд ли возникнет в условиях космологии, однако она является очень поучительной. Обратите внимание на последовательность сложных динамических процессов прежде чем петля наконец исчезнет (2,3 Mb)!
Пересечение, объединение и распад двух сцепленных петель. Заметьте, что когда объединенная петля наконец коллапсирует в точку и аннигилирует, существует достаточно энергии для создания `временной' новой петли, в точности как в случае пересечения длинных струн, показанном выше (R. Battye & E. P. Shellard)
Если Вы не можете увидеть фильм, то здесь приведены некоторые избранные фрагменты...
Фотографии процесса распада двух петель.
После образования первоначально плотной сети струн она начинает крошить себя образуя малые петли. Эти петли быстро осциллируют (релятивистски) и распадаются с выделением гравитационных волн. В конечном результате струны со временем становятся все более разбавленными по мере расширения Вселенной. Начиная с чудовищной плотности в момент образования, математическое моделирование свидетельствует, что сегодня должно существовать лишь около 10 длинных струн, растянутых через наблюдаемую Вселенную, наряду с примерно тысячей малых петель!
Фактически динамика сети такова, что плотность струн в конечном счете стабилизируется в точности на постоянном уровне относительно остаточного излучения и плотности энергии материи во Вселенной. Таким образом, эволлюция струн описывается как `масштабирование' или инвариантное к масштабу, то есть, свойства сети выглядят одинаково в любой конкретный момент времени t если они масштабируются (или умножаются) с изменением времени. Схематично это представлено ниже:
Инвариантная к масштабу эволлюция сети космических струн.
Сеть выглядит совершенно одинаково (в
статистическом смысле), если она масштабируется по отношению к горизонту, который растет пропорционально времени t,
умноженному на скорость света c, т.е. ct.
Чтобы плучить более подробное описание эволлюции, однако, необходимо испоьзовать численное моделирование высокого разрешения.
[ Назад ]
[ Большой взрыв ]
[ Галактики ]
[ Реликтовое излучение ]
[ Космические струны ]
[ Инфляция ]
[ Космология ]
[ Дальше ]
..:: Перевел с английского В.Г. Мисовец
