Уравнение состояния (космология)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Космология
Ilc 9yr moll4096.png
Изучаемые объекты и процессы
История Вселенной
Наблюдаемые процессы
Теоретические изыскания

Уравне́ние состоя́ния космологической модели — зависимость давления от массовой плотности энергии среды в данной модели.

Во фридмановской теории тяготение создаётся не только плотностью вещества, но и давлением среды: плотность эффективной гравитирующей энергии где  — давление среды, а  — плотность энергии среды, где  — массовая плотность энергии среды,  — скорость света.

Давление выражают через уравнение состояния или используют безразмерный параметр — отношение давления к плотности энергии тогда уравнение состояния:


Для разных сред имеет разное значение. Ниже предполагаем, что плотность среды выше нуля. Возможны следующие 9 вариантов:

1. Фантомная энергия (призрачная энергия) (см. фантомная космология) — среда с отрицательной гравитацией большей (по модулю), чем у вакуума.

При таком уравнении состояния плотность среды со временем увеличивается, отрицательная гравитация возрастает и через конечное время станет бесконечной, и во Вселенной произойдёт Большой Разрыв. Ещё одна особенность такой среды заключается в том, что скорость звука в ней выше скорости света


2. Вакуум — среда с отрицательной гравитацией.

Соответственно:

(только такое уравнение состояния совместимо с определением вакуума как формы энергии со всюду и всегда постоянной плотностью, независимо от системы отсчёта).

В уравнениях Эйнштейна энергия вакуума описывается космологической постоянной

По последним данным[1] плотность энергии вакуума во Вселенной составляет от критической плотности.


3. Квинтэссенция — среда с отрицательной гравитацией ниже, чем у вакуума.

Только при существует отрицательная гравитация, поэтому только при таком условии происходит ускорение расширения вселенной, то есть природа тёмной энергии — это либо вакуум, либо фантомная энергия, либо квинтэссенция.

4. Среда, в которой отсутствует и положительная и отрицательная гравитация.


5. Среда, в которой гравитация ниже, чем у пыли.


6. Пылевое облако, обычная барионная материя и холодная тёмная материя (давление среды отсутствует, ).

Соответственно:

По последним данным[1] плотность энергии обычной холодной барионной материи во Вселенной составляет от критической плотности, а плотность холодной тёмной материи составляет от критической плотности, что в сумме даёт от критической плотности.


7. Среда, в которой гравитация выше, чем у пыли, но ниже, чем у излучения.


8. Ультрарелятивистская среда (излучение, фотоны и др. ультрарелятивистские частицы), в том числе реликтовое излучение; также массивные частицы в ранней Вселенной, когда температура (выраженная в энергетических единицах) значительно превосходит массы частиц:

Поведение Вселенной определялось близким к этому уравнением состояния на временно́м интервале от планковской эпохи до эпохи рекомбинации.

Соответственно:


9. Среда, в которой гравитация выше, чем у излучения.

Аналогично при скорость звука в такой среде выше скорости света .

Ссылки[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]