Фрактальная космология - Fractal cosmology

В физической космологии , фрактальная космология представляет собой набор меньшинства теорий космологических , которые утверждают , что распределение материи во Вселенной , или структуру самой вселенной, является фрактальным в широком диапазоне масштабов (см также: мультифрактали ). В более общем плане это относится к использованию или появлению фракталов при изучении Вселенной и материи . Центральным вопросом в этой области является фрактальная размерность Вселенной или распределения материи в ней при измерении в очень больших или очень малых масштабах.

Фракталы в наблюдательной космологии

Первая попытка смоделировать распределение галактик с помощью фрактального узора была предпринята Лучано Пьетронеро и его командой в 1987 году, и в течение следующего десятилетия появилось более подробное представление о крупномасштабной структуре Вселенной , поскольку количество каталогизированных галактик увеличивалось. . Пьетронеро утверждает, что Вселенная демонстрирует определенный фрактальный аспект в довольно широком диапазоне масштабов с фрактальной размерностью около 2. Фрактальная размерность однородного 3D-объекта будет равна 3, а для однородной поверхности - 2, в то время как фрактальная размерность для фрактальная поверхность находится между 2 и 3.

Наблюдалось, что Вселенная однородна и изотропна (т.е. имеет плавное распределение) в очень больших масштабах, как ожидается в стандартной космологии Большого взрыва или Фридмана-Лемэтра-Робертсона-Уокера , а также в большинстве интерпретаций Лямбда-холодной темной материи. модель . Научный консенсус интерпретация является то , что Sloan Digital Sky Survey (SDSS) говорит о том , что вещи действительно разглаживают выше 100 мегапарсек.

Одно исследование данных SDSS в 2004 году показало, что «спектр мощности не очень хорошо охарактеризован одним степенным законом, но однозначно показывает кривизну ... тем самым забивая еще один гвоздь в гроб гипотезы фрактальной вселенной и любых других моделей, предсказывающих мощность. -правовой спектр мощности ». Другой анализ светящихся красных галактик (LRG) в данных SDSS рассчитал фрактальную размерность распределения галактик (в масштабах от 70 до 100 Мпк / ч ) на уровне 3, что согласуется с однородностью, но фрактальная размерность составляет 2 дюйма до примерно 20 ч −1 Мпк ". В 2012 году Скримджер и др. окончательно показали, что крупномасштабная структура галактик однородна за пределами масштаба около 70 Мпк / ч .

Фракталы в теоретической космологии

В области теории фракталы в космологии, вероятно, впервые появились с теорией Андрея Линде «Вечно существующая самовоспроизводящаяся хаотическая инфляционная Вселенная» (см. Теорию хаотической инфляции ) в 1986 году. В этой теории эволюция скалярного поля создает пики. которые становятся точками зарождения, которые заставляют раздувшиеся участки пространства превращаться в «пузырьковые вселенные», делая Вселенную фрактальной в очень больших масштабах. Статья Алана Гута 2007 года «Вечная инфляция и ее последствия» показывает, что это разнообразие теории инфляционной вселенной все еще серьезно рассматривается сегодня. Инфляция в той или иной форме широко считается нашей наилучшей доступной космологической моделью.

С 1986 года было предложено довольно большое количество различных космологических теорий, проявляющих фрактальные свойства. В то время как теория Линде показывает фрактальность в масштабах, вероятно, больших, чем наблюдаемая Вселенная, теории, такие как каузальная динамическая триангуляция и асимптотический подход безопасности к квантовой гравитации , фрактальны на противоположной крайности, в области сверхмалых близких к планковскому масштабу . Эти недавние теории квантовой гравитации описывают фрактальную структуру самого пространства-времени и предполагают, что размерность пространства эволюционирует со временем . В частности, они предполагают, что реальность двумерна в масштабе Планка, а пространство-время постепенно становится четырехмерным в более крупных масштабах.

Французский математик Ален Конн несколько лет работал над примирением общей теории относительности с квантовой механикой с использованием некоммутативной геометрии . В этом подходе к квантовой гравитации также возникает фрактальность. В статье Александра Хеллеманса в августовском номере журнала Scientific American за 2006 г. цитируется, что Конн сказал, что следующим важным шагом к этой цели является «попытка понять, как пространство с дробными измерениями взаимодействует с гравитацией». Работа Конна и физика Карло Ровелли предполагает, что время является эмерджентным свойством или возникает естественным образом в этой формулировке, тогда как в каузальной динамической триангуляции выбор тех конфигураций, в которых смежные строительные блоки имеют одинаковое направление во времени, является важной частью «рецепта». Однако оба подхода предполагают, что сама ткань пространства фрактальна.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

  • Рассем, М. и Ахмед Э., "О фрактальной космологии", Astro. Phys. Lett. Commun. (1996), 35, 311.