Квантова космологія

КВА́НТОВА КОСМОЛО́ГІЯ — фізична теорія, яка за­стосовує квантові принципи до опису Всесвіту як цілого. Вважається, що Всесвіт як фіз. система, що еволюціонує у часі та просторі, має квант. природу, не­зважаючи на те, що на більшому проміжку свого роз­витку він добре описується від­носності теорією А. Айнштайна, яка є сучас. класич. теорією гравітації (див. Квантова теорія тяжі­н­ня). Об­ґрунтува­н­ня слушності такого під­ходу до ви­вче­н­ня динаміки Всесвіту дає т. зв. модель Великого вибуху. Згідно з цією моде­л­лю наш Всесвіт виник бл. 14 млрд р. тому з сингуляр. стану, який характеризувався дуже малим просторово-часовим мас­штабом і дуже великою (нескінчен­ною у на­ближен­ні класич. теорії) густиною енергії та набув сучас. ви­гляду в результаті роз­шире­н­ня від моменту свого народже­н­ня. Коли вік Всесвіту не пере­вищував однієї секунди, а його температура була більше одного мега­електрон-вольта (понад 10¹⁰ К), матерія в ньому мала під­порядковуватися квант. законам. На таких малих просторово-часових або великих енергет. мас­штабах, окрім врахува­н­ня квант. природи електромагніт., слабкої та сильної взаємодій між частинками (квантами матеріал. полів), саме гравітац. поле роз­глядається як квантове. Можливо, що на великих простор. мас­штабах, де гравітац. взаємодія є домінуючою, квант. природа Всесвіту проявить себе у нових явищах та ефектах, які донині не спо­стерігались або інтер­претувалися, виходячи з класич. уявлень. Зав­да­н­ня К. к. полягає у тому, щоб пояснити механізм Великого вибуху та описати еволюцію ран­нього Всесвіту як цілого, враховуючи ту об­ставину, що фіз. систему — Всесвіт не можна роз­ділити на внутр. під­систему, яка ви­вчається, та зовн. під­систему — спо­стерігача, що проводить вимірюва­н­ня. К. к. має зʼясувати походже­н­ня анізотропії релікт. ви­промінюва­н­ня (величину та роз­поділ неоднорідностей), появу малих флуктуацій матеріал. полів, які при роз­ширен­ні стали центрами формува­н­ня великомас­штаб. структур у Всесвіті у добу, коли заг. теорія від­носності стає хорошим (квазікласич.) на­ближе­н­ням до квант. теорії тяжі­н­ня. Ін. про­блемою К. к. є т. зв. про­блема гранич. умов для рівнянь класич. теорії тяжі­н­ня. К. к. повин­на надати й об­ґрунтува­н­ня т. зв. інфляц. моделі Всесвіту. Для поясне­н­ня спо­стережуваної великомас­штаб. однорідності та ізотропії Всесвіту, його простор. площин­ності та присутності в ньому структур у ви­гляді галактик та їх скупчень інфляц. модель постулює, що на ран­ньому етапі своєї еволюції — у віці, що не пере­вищує 10^-35 сек. (ця величина є модельнозалежною і може варіюватися залежно від обраного типу моделі інфляції), Всесвіт роз­ширювався за екс­поненцій. (десіт­терівським) законом. Основу К. к. 1967 заклав амер. фізик Б.-С. Де Вітт, за­стосувавши процедуру квантува­н­ня в рамках гамільтон. формалізму до за­мкненого світу Фрідмана, заповненого матерією. Разом із Дж.-А. Вілером за­пропонував рівня­н­ня (нині ві­доме як рівня­н­ня Вілера–Де Вітта) для функціоналу стану (хвильової функції), що описує Всесвіт у моделі квант. геометродинаміки. Аргументами хвильової функції є фіз. поля; вона не залежить від часу та простор. координат. Це призводить до про­блем й імовірніс. інтер­претації хвильової функції та введе­н­ня часової змін­ної. Нині у К. к., окрім квант. геометродинаміки, роз­вивається й т. зв. петельна К. к., побудована на петел. квант. гравітації, що також ґрунтується на каноніч. схемі квантува­н­ня з викори­ста­н­ням гамільтон. формалізму для систем із вʼязями.

Завантажити статтю