Kosmologia fraktalna

W kosmologii fizycznej kosmologia fraktalna jest zbiorem mniejszościowych teorii kosmologicznych , które stwierdzają , że rozkład materii we Wszechświecie lub struktura samego Wszechświata jest fraktalem w szerokim zakresie skal (patrz także: system multifraktalny ). Mówiąc bardziej ogólnie, odnosi się do użycia lub pojawienia się fraktali w badaniu wszechświata i materii . Centralnym zagadnieniem w tej dziedzinie jest wymiar fraktalny wszechświata lub rozkładu materii w nim, mierzony w bardzo dużych lub bardzo małych skalach.

Fraktale w kosmologii obserwacyjnej

Pierwszą próbę modelowania rozmieszczenia galaktyk za pomocą wzoru fraktalnego podjął Luciano Pietronero i jego zespół w 1987 roku, a bardziej szczegółowy obraz wielkoskalowej struktury Wszechświata pojawił się w następnej dekadzie, gdy liczba skatalogowanych galaktyk rosła. . Pietronero argumentuje, że wszechświat wykazuje określony aspekt fraktalny w dość szerokim zakresie skali, z wymiarem fraktalnym około 2. Wymiar fraktalny jednorodnego obiektu 3D wynosiłby 3, a 2 dla jednorodnej powierzchni, podczas gdy wymiar fraktalny dla powierzchnia fraktalna jest między 2 a 3.

Zaobserwowano, że Wszechświat jest jednorodny i izotropowy (tj. jest płynnie rozłożony) w bardzo dużych skalach, czego oczekuje się w standardowej kosmologii Wielkiego Wybuchu lub kosmologii Friedmanna-Lemaître-Robertsona-Walkera , a także w większości interpretacji Lambda -zimnej ciemnej materii modelka . Naukowa konsensusu jest taka, że Sloan Digital Sky Survey (SDSS) sugeruje, że rzeczy rzeczywiście wygładzają się powyżej 100 megaparseków.

Jedno badanie danych SDSS z 2004 roku wykazało, że „Widmo mocy nie jest dobrze scharakteryzowane przez pojedyncze prawo potęgowe, ale jednoznacznie pokazuje krzywiznę… wbijając w ten sposób kolejny gwóźdź do trumny hipotezy fraktalnego wszechświata i wszelkich innych modeli przewidujących moc -prawne widmo mocy". Inna analiza świecących czerwonych galaktyk (LRG) w danych SDSS obliczyła fraktalny wymiar rozkładu galaktyk (w skalach od 70 do 100 Mpc/ h ) na 3, co jest zgodne z jednorodnością, ale wymiar fraktalny wynosi 2 ”do mniej więcej 20 godzin ^-1 Mpc”. W 2012 roku Scrimgeour i wsp. ostatecznie wykazali, że wielkoskalowa struktura galaktyk była jednorodna poza skalą około 70 Mpc/ h .

Fraktale w kosmologii teoretycznej

W dziedzinie teorii, pierwsze pojawienie się fraktali w kosmologii było prawdopodobnie związane z teorią Andrei Linde „Wiecznie istniejący samoreprodukujący się chaotyczny inflacyjny wszechświat” (patrz teoria chaotycznej inflacji ) w 1986 r. W tej teorii ewolucja pola skalarnego tworzy szczyty które stają się punktami zarodkowymi, które powodują, że rozdęte obszary przestrzeni rozwijają się w „wszechświaty bąbelkowe”, czyniąc wszechświat fraktalnym w największych skalach. Artykuł Alana Gutha z 2007 roku zatytułowany „Wieczna inflacja i jej implikacje” pokazuje, że ta różnorodność inflacyjnego wszechświata teoria jest nadal poważnie rozważana dzisiaj. Inflacja, w takiej czy innej formie, jest powszechnie uważana za nasz najlepszy dostępny model kosmologiczny.

Od 1986 roku zaproponowano dość dużą liczbę różnych teorii kosmologicznych wykazujących właściwości fraktalne. Podczas gdy teoria Lindego pokazuje fraktalność w skalach prawdopodobnie większych niż obserwowalny wszechświat, teorie takie jak dynamiczna triangulacja przyczynowa i asymptotyczne podejście bezpieczeństwa do grawitacji kwantowej są fraktalami na przeciwległym biegunie, w dziedzinie ultra-małej, bliskiej skali Plancka . Te najnowsze teorie grawitacji kwantowej opisują fraktalną strukturę czasoprzestrzeni i sugerują, że wymiarowość przestrzeni ewoluuje z czasem . W szczególności sugerują, że rzeczywistość jest dwuwymiarowa w skali Plancka, a czasoprzestrzeń stopniowo staje się czterowymiarowa w większych skalach.

Francuski matematyk Alain Connes od wielu lat pracuje nad pogodzeniem ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową przy użyciu nieprzemiennej geometrii . Fraktalność pojawia się również w tym podejściu do grawitacji kwantowej. Artykuł Alexandra Hellemansa w wydaniu Scientific American z sierpnia 2006 roku cytuje Connesa, mówiącego, że kolejnym ważnym krokiem w kierunku tego celu jest „próba zrozumienia, w jaki sposób przestrzeń o wymiarach ułamkowych łączy się z grawitacją”. Praca Connesa i fizyka Carlo Rovellego sugeruje, że czas jest właściwością emergentną lub powstaje naturalnie w tym sformułowaniu, podczas gdy w dynamicznej triangulacji przyczynowej wybór tych konfiguracji, w których sąsiednie elementy budulcowe mają ten sam kierunek w czasie, jest istotną częścią „przepisu”. Oba podejścia sugerują jednak, że sama struktura przestrzeni jest fraktalna.

Zobacz też

Notatki

Rasem, M. i Ahmed E., „O kosmologii fraktalnej”, Astro. fizyka Łotysz. Komuna. (1996), 35, 311.