Wie führen Quantenfluktuationen zu überdichten Regionen im CMB?

Ich habe viel Arbeit über Inflation gelesen, aber noch keine überzeugende Beschreibung gefunden, in der jemand genau erklärt, was „Quantenfluktuationen“ sind und wie sie zu überdichten Regionen im CMB geführt haben.

Ich habe noch keine überzeugende Beschreibung der Inflation gefunden! Je mehr ich lerne, desto mehr scheint es überflüssig zu sein. Siehe diesen Blogartikel von Scientific American:

Physiker kritisiert kosmische Theorie, bei deren Konzeption er mitgeholfen hat

..was sich auf diesen Artikel bezieht, tut mir leid, es ist ein Stummel:

Paul Steinhardt verleugnet die Inflation, die Theorie, die er mitgestaltet hat

Ich verstehe den Teil, wo virtuelle Partikel spontan erscheinen und vernichten können

Schauen Sie sich diese Antwort von anna v an: "So existieren virtuelle Teilchen nur in der Mathematik des Modells, das zur Beschreibung der Messungen realer Teilchen verwendet wird". Virtuelle Teilchen sind virtuell. Wie in nicht echt. Sie tauchen nicht wie durch Zauberei in und aus der Existenz auf. Das ist ein popwissenschaftlicher Mythos, fürchte ich.

Ich verstehe sogar den Teil, wo die effektive Ladung eines Elektrons bewirkt werden kann. Aber das Erstellen von Pools, in denen sich Materie ansammelt, klingt nach echter Arbeit. Wie können virtuelle Teilchen echte Arbeit leisten?

Sie können nicht. Virtuelle Teilchen sind Feldquanten. Es ist, als würde man das elektromagnetische Feld des Elektrons in abstrakte Stücke aufteilen und dann dasselbe für das Proton tun. Wenn sie sich dann gegenseitig anziehen, "tauschen sie ein Feld aus", so dass das resultierende Wasserstoffatom nur sehr wenig Feld hat.

Wie führen insbesondere zufällige Quantenfluktuationen zu kohärenten überdichten Materieregionen?

Das ist eine Hypothese, und ich muss sagen, ich weiß es nicht. Beachten Sie jedoch, dass Vakuumschwankungen nicht dasselbe sind wie virtuelle Teilchen. Virtuelle Teilchen sind abstrakte mathematische Dinge, Vakuumfluktuationen nicht. Sie sind real und das elektromagnetische Äquivalent zu den Kräuselungen, die die Meeresoberfläche bedecken. Der Casimir-Effekt ist eine Demonstration von Vakuumschwankungen. Die Vakuumfluktuationen des sehr frühen Universums waren jedoch einem „Strudel“ ausgesetzt, der etwa 380.000 Jahre vor der Oberfläche der letzten Streuung im Zusammenhang mit dem CMB andauerte. IMHO können wir nicht mit wirklicher Sicherheit sagen, dass die sehr leicht überdichten Regionen des CMB auf Quantenfluktuationen zurückzuführen sind. Oder die viel dramatischeren Schwankungen in der Materiedichte.

Weißt du, wann immer ich davon höre, denke ich an Hawking , der sagte, das Universum sei aus einer Quantenfluktuation entstanden. Das bringt mich zum Nachdenken Was schwankte? Und dann denke ich am Ende, das sind Schildkröten bis ganz nach unten , und das ist nicht viel besser als „Gott hat es getan“ . Wie auch immer, wenn Sie darauf eine überzeugende Antwort bekommen, lassen Sie es mich wissen.

Inflationstheorie präsentiert -

1. 10^{-35} Sekunden oder weniger nach der Planck-Zeit durchlief das Universum eine Phase beschleunigter Expansion.

2. Dann wandelt sich die Energie, die die beschleunigte Expansion antreibt, in gewöhnliche Materie und Strahlung um.

Net the Big Bang beginnt

3. Die Heisenbergsche Unschärferelation besagt, dass es in jedem Quantensystem ein irreduzibles Minimum an Wackeln geben wird, selbst wenn es sich in seinem Zustand niedrigster Energie („Vakuum“) befindet.

4. In unserem Inflationskontext bedeutet dies, dass Quantenfelder geringer Masse Schwankungen aufweisen werden.

5. Basierend auf zwei Arten von Lichtquantenfeldern erwarten wir zwei Arten von Störungen, das „Inflaton“-Feld und das Gravitationsfeld. Das Feld, das die Inflation antreibt, wurde nicht bestimmt, also geben wir ihm einfach den Namen „Inflaton“-Feld. Dieses Feld wandelt sich schließlich in Materie und Strahlung um und seine sogenannten "skalaren" Schwankungen erzeugen die gestörte Dichte des frühen Plasmas.

6. Die Geschichte endet nicht nur mit diesem Feld. Es wird auch angenommen, dass das Gravitationsfeld auch einen wichtigen Einfluss auf die beobachteten Energiedichten des CMB hatte. Wenn wir das G-Feld wieder als Quantenfeld betrachten, impliziert die Heisenbergsche Unschärferelation wieder Fluktuationen und führt zu Gravitationswellen {oder Gravitonen}, den sogenannten "Tensor"-Fluktuationen.

7. Die Observablen - Wir wissen, dass die im CMB beobachteten Polarisationstypen die Schwankungen der beiden vorgeschlagenen Felder unterstützen können. E-Modi unterstützen den Skalar-Wellentyp oder „Inflaton“-Fluktuationen und die B-Modi-Polarisation unterstützt den Tensor-Wellentyp oder die Schwerkraft-Fluktuationen.

„Wissenschaftler haben bereits E-Modi im CMB gefunden, aber bis jetzt haben sie nicht bestätigt, dass B-Modi existieren.“ - Weitere Informationen unter: http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/seeking-the-cosmic-dawn/#sthash.OaazSNo0.dpuf

E-Mode-Polarisationsmuster sehen aus wie Sternchen oder Schleifen und ändern sich nicht, wenn sie gespiegelt werden. B-Moden dagegen kräuseln sich entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu spiralförmigen Mustern. Sky & Telescope – Weitere Informationen unter: http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/seeking-the-cosmic-dawn/#sthash.OaazSNo0.dpuf

Diese Polarisationskarte zeigt die ersten E-Moden, die 2002 vom Degree Angular Scale Interferometer (DASI)-Teleskop entdeckt wurden. Dieses Falschfarbenbild zeigt die Temperaturschwankungen (Gelb ist heiß, Rot ist kalt) in der Strahlung des CMB. Die Linien markieren die Polarisation an jedem Punkt im Bild; Die Länge der Linie zeigt die Polarisationsstärke, während die Ausrichtung die Richtung anzeigt. DASI / University of Chicago – Weitere Informationen unter: http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/seeking-the-cosmic-dawn/#sthash.OaazSNo0.dpuf

8. Abschließend hoffe ich, dass Sie sehen, wie sich die verschiedenen vorgeschlagenen Felder und ihre polarisierten Wellenfluktuationen auf die im CMB beobachteten Energiedichten auswirken würden. Sobald B-Moden beobachtet und ihr Index bestimmt sind und sie mit den G-Feld-Wellen übereinstimmen, können wir uns viel sicherer in der Theorie der Inflation fühlen.