O modelach kosmologicznych i niektórych związanych z nimi nieporozumieniach

• Autorzy: Krasiński A.

Warianty tytułu

EN

On cosmological models and some misunderstandings about them

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule uzasadniono potrzebę używania niejednorodnych modeli do opisu Wszechświata i podano przykłady skutecznych zastosowań takich modeli. Omówiono następujące tematy: 1. Przypomniano, że zasada kosmologiczna, która stanowi podstawę klasycznych modeli Robertsona-Walkera jest tylko postulatem filozoficznym, który należy poddać obserwacyjnej weryfikacji (czego dotychczas nie zrobiono). 2. Pokazano, że zlinearyzowane równania Einsteina używane w kosmologii do opisu powstawania i ewolucji struktur nie mają solidnych podstaw matematycznych. 3. Przedstawiono podstawowe własności geometryczne modeli Robertsona-Walkera, Lemaltre'a-Tolmana (L-T) i Szekeresa i porównano je ze sobą. 4. Przedyskutowano następujące astrofizyczne wnioski z modelu L-T: (a) Wyjaśnienie pociemnienia supernowych typu la bez wprowadzania ekspansji z przyspieszeniem i bez "ciemnej energii"; (b) Opis powstawania gromad galaktyk i pustek za pomocą ścisłych modeli; (c) Rozwiązanie "problemu horyzontu" bez użycia modeli inflacyjnych i ich pól skalarnych; (d) Związek między rosnącymi i malejącymi modami zaburzenia a geometrycznymi charakterystykami modelu. W zakończeniu podano listę najważniejszych wydarzeń w historii modeli niejednorodnych.

EN

The article explains the need to use exact inhomogeneous models of the Universe and discusses examples of successful application of such models. The following topics are discussed: 1. It is reminded that the cosmological principle that is the basis of the classical Robertson-Walker models is merely a philosophical postulate which should be subject to observational verification (never carried out). 2. It is shown that the linearised Einstein equations used in cosmology to describe structure formation and evolution have shaky mathematical foundation. 3. The basic geometrical properties of the Robertson-Walker, Lemaitre-Tolman (L-T) and Szekeres models are presented and compared with each other. 4. The following astrophysical applications of the L-T model are discussed: (a) Explanation of the dimming of type la supernovae without accelerated expansion of the Universe and without ,"dark energy"; (b) Description of formation of galaxy clusters and voids by exact models; (c) A solution of the "horizon problem" without inflationary models and their scalar fields; (d) The connection between increasing and decreasing modes of perturbation and geometrical characteristics of the models. A brief listing of the most important events in the history of inhomogeneous models is given.

Słowa kluczowe

PL

Wszechświat; model kosmologiczny; model niejednorodny; model L-T

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Fizyczne
• Czasopismo: Postępy Fizyki
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 60, z. 3
• Strony: 98--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys.

Twórcy

autor

Krasiński A.

• Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika, Polska Akademia Nauk, Warszawa

Bibliografia

• [1] S.A. Gregory, L.A. Thompson, Astrophys. J. 222, 784 (1978).
• [2] J. Plebański, A. Krasiński, An introduction to general relativity and cosmology (Cambridge University Press, 2006).
• [3] L. Bruna, J. Girbau, J. Math. Phys. 40, 5117 (1999).
• [4] L. Bruna, J. Girbau, J. Math. Phys. 40, 5131 (1999).
• [5] L. Bruna, J. Girbau, J. Math. Phys. 46, 072501 (2005).
• [6] G. Lemaitre, Ann. Soc. Sci. Bruxelles A53, 51 (1933); angielskie tłumaczenie z komentarzem historycznym: Gen. Rel. Grav. 29, 637 (1997).
• [7] R.C. Tolman, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 20, 169 (1934); przedruk z komentarzem historycznym: Gen. Rel. Grav. 29, 931 (1997).
• [8] C. Hellaby, K. Lake, Astrophys. J. 290, 381 (1985); errata: Astrophys. J. 300, 461 (1986).
• [9] P. Szekeres, Commun. Math. Phys 41, 55 (1975).
• [10] K. Bolejko, A. Krasiński, C. Hellaby, M.N. Celerier, Structures in the Universe by exact methods - formation, evolution, interactions (Cambridge University Press, w druku).
• [11] C. Hellaby, A. Krasiński, Phys. Rev. D 77, 023529 (2008).
• [12] A. Krasiński, Phys. Rev. D 78, 064038 (2008).
• [13] C. Hellaby, A. Krasiński, Phys. Rev. D 66, 084011 (2002).
• [14] K. Bolejko, Phys. Rev D 73, 123508 (2006).
• [15] K. Bolejko, Phys. Rev D 75, 043508 (2007).
• [16] K. Bolejko, “Volume averaging in the quasispherical Szekeres model”, Gen. Rel Grav. (w druku).
• [17] K. Bolejko, “The Szekeres Swiss Cheese model and the CMB observations”, Gen. Rel. Grav. (w druku).
• [18] H. Iguchi, T. Nakamura, K. Nakao, Progr. Theor. Phys 108, 809 (2002).
• [19] S. Alexander, T. Biswas, A. Notari, D. Vaid, arXiv:0712. 0370.
• [20] K. Enqvist, T. Mattsson, J. Cosm. Astropart. Phys. 02 (2007), 019 (2007).
• [21] A. Krasiński, C. Hellaby, Phys. Rev. D 65, 023501 (2002).
• [22] A. Krasiński, C. Hellaby, Phys. Rev. D 69, 023502 (2004).
• [23] A. Krasiński, C. Hellaby, Phys. Rev. D 69, 043502 (2004).
• [24] K. Bolejko, A. Krasiński, C. Hellaby, Man. Not. R. Astron. Soc 362, 213 (2005).
• [25] K. Bolejko, Man. Not. R. Astron. Soc 370, 924 (2006).
• [26] J. Silk, Astron. Astrophys. 59, 53 (1977).
• [27] S.W. Goode, J. Wainwright, Phys. Rev. D 26, 3315 (1982).
• [28] T. Padmanabhan, Structure Formation in the Universe (Cambridge University Press, 1993).
• [29] P.J.E. Peebles, Principles of Physical Cosmology (Princeton University Press, 1993).
• [30] G.F.R. Ellis, T. Rothman, Postępy Fizyki 38, 511 (1987).
• [31] M.N. Celerier, Astron. Astrophys. 362, 840 (2000).
• [32] G.F.R. Ellis, C. Hellaby, D.R. Matravers, Astrophys. J. 364, 400 (1990).
• [33] A. Krasiński, Inhomogeneous Cosmological Models (Cambridge University Press, 1997).
• [34] R. Gautreau, Phys. Rev. D 29, 198 (1984).
• [35] A. Einstein, Sitzungsber. Preuss. Akademie der Wissenschaften (Berlin), 142-152 (1917); angielskie tłumaczenie: H.A. Lorentz, A. Einstein, H. Minkowski, H. Weyl, The Principle of Relativity (Methuen, reprinted by Dover (1923)).
• [36] A.A. Friedmann, Z. Physik 10, 377 (1922), Z. Physik 21, 326 (1924); angielskie tłumaczenie obydwu prac z komentarzem historycznym: Gen. Rel. Grav. 31, 1985 (1999); addendum: Gen. Rel. Grav. 32, 1937 (2000).
• [37] H.P. Robertson, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 15, 822 (1929).
• [38] N.R. Sen, Z. Astrophysik 9, 215 (1934); przedruk z komentarzem historycznym: Gen. Rel. Grav. 29, 1473 (1997).
• [39] H. Bondi, Mon. Not. Roy. Astr. Soc. 107, 410 (1947); przedruk z komentarzem historycznym: Gen. Rel. Grav. 31, 1777 (1999).