Kwintesencja (fizyka) - Quintessence (physics)

Dla innych form kwintesencji, zobacz Kwintesencja (ujednoznacznienie) . Teorie i nieistniejące lub klasyczne koncepcje nazwane od synonimu „eter”, patrz Aether (ujednoznacznienie) .

W fizyki , Kwintesencją jest hipotetyczne postać ciemnego energii , a dokładniej pole skalarne , postuluje się jako wyjaśnienie obserwacji w szybszym tempie ekspansji do świata. Pierwszy przykład takiego scenariusza zaproponowali Ratra i Peebles (1988). Koncepcja została rozszerzona na bardziej ogólne typy zmieniającej się w czasie ciemnej energii, a termin „kwintesencja” został po raz pierwszy wprowadzony w artykule z 1998 roku autorstwa Roberta R. Caldwella , Rahula Dave'a i Paula Steinhardta . Niektórzy fizycy proponowali ją jako piątą siłę podstawową . Kwintesencja różni się od kosmologicznego stałego wyjaśnienia ciemnej energii tym, że jest dynamiczna; to znaczy zmienia się w czasie, w przeciwieństwie do stałej kosmologicznej, która z definicji się nie zmienia. Kwintesencja może być atrakcyjna lub odpychająca w zależności od stosunku jej energii kinetycznej i potencjalnej. Osoby pracujące z tym postulatem uważają, że kwintesencja stała się odpychająca około 10 miliardów lat temu, około 3,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu .

Pole skalarne

Kwintesencja ( Q ) to pole skalarne z równaniem stanu, w którym w q , stosunek ciśnienia p q do gęstości q , jest określony przez energię potencjalną i człon kinetyczny:

Stąd Kwintesencją się dynamicznie i zwykle ma gęstość, a w q parametru, który zmienia się w czasie. Natomiast stała kosmologiczna jest statyczna, o stałej gęstości energii i w q  = -1.

Zachowanie trackera

Wiele modeli kwintesencji ma zachowanie śledzące , które według Ratry i Peebles (1988) oraz Paula Steinhardta i in. (1999) częściowo rozwiązuje problem stałej kosmologicznej . W tych modelach pole kwintesencji ma gęstość, która ściśle śledzi (ale jest mniejsza) gęstość promieniowania, aż do równości promieniowania materii , która powoduje, że kwintesencja zaczyna mieć właściwości podobne do ciemnej energii, ostatecznie dominuje we Wszechświecie. To naturalnie ustawia niską skalę ciemnej energii. Porównując przewidywane tempo rozszerzania się Wszechświata podaną przez rozwiązania śledzące z danymi kosmologicznymi, główną cechą rozwiązań śledzących jest to, że do prawidłowego opisania zachowania ich równania stanu potrzebne są cztery parametry , podczas gdy wykazano, że co najwyżej model dwuparametrowy może być optymalnie ograniczony średnioterminowymi danymi przyszłymi (horyzont 2015-2020).

Konkretne modele

Szczególnymi przypadkami kwintesencji są energia fantomowa , w której w q  < -1 oraz k-esencja (skrót od kwintesencji kinetycznej), która ma niestandardową formę energii kinetycznej . Gdyby ten rodzaj energii istniał, spowodowałoby to duże rozdarcie we wszechświecie z powodu rosnącej gęstości energii ciemnej energii, co spowodowałoby wzrost wszechświata w tempie szybszym niż wykładniczy.

Holograficzna ciemna energia

Holograficzne modele ciemnej energii w porównaniu ze stałymi modelami kosmologicznymi implikują wysoką degenerację . Sugeruje się, że ciemna energia może pochodzić od fluktuacji kwantowych w czasoprzestrzeni , i są ograniczone przez horyzont zdarzeń wszechświata.

Badania z kwintesencją ciemnej energii wykazały, że dominuje ona grawitacyjna kolaps w symulacji czasoprzestrzeni, opartej na termografii holograficznej. Wyniki te pokazują, że im mniejszy jest parametr stanu kwintesencji, tym trudniej jest termalizować plazmę.

Scenariusz kwintomowy

W 2004 roku, kiedy naukowcy dopasowali ewolucję ciemnej energii do danych kosmologicznych, odkryli, że równanie stanu prawdopodobnie przekroczyło granicę stałej kosmologicznej ( w = –1) od góry do dołu. Udowodnione twierdzenie „no-go” wskazuje, że ta sytuacja, zwana scenariuszem Quintom , wymaga co najmniej dwóch stopni swobody dla modeli ciemnej energii.

Terminologia

Nazwa pochodzi od quinta essentia (piąty element). Tak zwany po łacinie począwszy od średniowiecza, był to element dodany przez Arystotelesa do pozostałych czterech starożytnych elementów klasycznych , ponieważ uważał, że jest to esencja świata niebieskiego. Arystoteles nazwał ten pierwiastek eterem , który uważał za czysty, subtelny i pierwotny pierwiastek. Podobnie współczesna kwintesencja byłaby piątym znanym „dynamicznym, zależnym od czasu i przestrzennie niejednorodnym” wkładem do ogólnej zawartości masy i energii we Wszechświecie.

Oczywiście pozostałe cztery składniki nie są klasycznymi elementami starożytnej Grecji , ale raczej „ barionami , neutrinami , ciemną materią i promieniowaniem ”. Chociaż neutrina są czasami uważane za promieniowanie, termin „promieniowanie” w tym kontekście jest używany tylko w odniesieniu do bezmasowych fotonów . Krzywizna przestrzenna kosmosu (która nie została wykryta) jest wykluczona, ponieważ jest niedynamiczna i jednorodna; stała kosmologiczna nie byłaby uważana za piąty składnik w tym sensie, ponieważ jest niedynamiczna, jednorodna i niezależna od czasu.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura