SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  66
Télécharger pour lire hors ligne
INFLATORNI KOSMOLOŠKI MODELI
SVET NA BRANI I TAHIONSKA INFLACIJA
MILAN MILOŠEVIĆ
Departman za fiziku
Prirodno-matematički fakultet u Nišu
Seminar za teoriju relativnosti i kosmološke modele
Matematičkog instituta SANU
Beograd, 28. februar 2018
SADRŽAJ
• Uvod
• Standardni kosmološki model (SKM)
• Tahionska inflacija
• Randal-Sundrum modeli
• Numerički model i rezultati
• Zaključak
UVOD
• Sredina XX veka – osnove SKM
• Problemi – period ranog svemira
• Početak 80-tih godina – A. Gut i A. Linde
• Inflacija - faza eksponencijalnog širenja (uveća 1026 puta)
• Uspešno radi, proces – nepoznat (pre svega početak)
• Teorijski – opisano klasičnom fizikom (jednim ili više
skalarnih polja)
• Početak – kvantni efekti  kvantna kosmologija
• Procesi koji traju i na rastojanjima – mogućnost
p-adične i adelične inflacije, tj. procesa na nearhimedovim prostorima
G.S. Djordjevic, D.D. Dimitrijevic, M. Milosevic, On Canonical Transformation and Tachyon-Like ”Particles” in Inflationary Cosmology, Romanian
Journal of Physics. 61 (2016) 99–109.
D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, D. Vulcanov, On classical and quantum dynamics of tachyon-like fields and their cosmological
implications, AIP Vol. 1634, No. 9 (2014) 9–17.
UVOD
• Popularna klasa modela – skalarno polje sa
nestandardnim lagranžijanom, npr. Dirak-Born-
Infeldovog (DBI) tipa  tahionsko skalarno polje
• Radovi A. Sena (2002) – potencijalna fundamentalna
uloga tahionskih polja u teoriji struna i kosmologiji
sveta na brani; Senova pretpostavka (Sen’s conjecture)
• G. Gibonsa (2002) – uloga tahiona u kosmologiji
• Kofman i Linde – čista tahionska inflacija ne daje
odgovarajuće rezultate za CMB
• Razlog – inflacija ne traje dovoljno dugo 
• Problem zagrevanja (reheating)
UVOD
• Stir i Vernici (2004) – proširenje opsega
parametara u teoriji struna  tahionski modeli
malo se razlikuju u odnosu na inflatorne modele
zasnovane na kanonskoj teoriji skalarnih polja
• Tahionska inflacija se u principu ne može u potpunosti
isključiti
• Jednostavni modeli – značajna uloga u kosmologiji
sveta na brani
UVOD
• Motivacija - Randal-Sundrum modeli
• Dve brane sa suprotnim tenzijama (rastojanje u 5-dim)
• RSI – posmatrač na „negativnoj“ brani
• RSII – posmatrač na „pozitivnoj“ brani
• Fluktuacija rastojanja  opisana novim skalarni poljem – radion
• Dinamika same brane – analogna dinamici tahionskog polja
• Dodatna dimenzija  neophodna modifikacija
Fridmanovih jednačina
• „Eksperimentalno“ testiranje modela upoređivanjem
predviđanja sa astronomskim posmatranjima Plank misije
STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL
STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL
• 1915 – A. Ajnštajn (opšta teorija relativnosti)
• 1922 – A. Fridman (rešenja Ajnštajnovih jednačina)
• 1929 – E. Habl – posmatračka potvrda
• 1946 - osnova modela: Ž. Lemetre (ideja), Dž. Gamov
• 1965 – A. Penzias, R. Vilsnon – detekcija CMB
KRATKA ISTORIJA SVEMIRA
OPŠTA TEORIJA RELATIVNOSTI I KOSMOLOGIJA
STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL
• Dinamika širenja homogenog i izotropnog svemira
• A. Fridman (A. Ajnštajn, V. de Siter, Ž. Lemetr)
• Iz osnovnih postulata TR  Ajnštajnove jednačine
• Fridman-Robertson-Vokerova metrika
• Ričijev tenzor i skalar ; tenzor energije-impulsa
 
2
2 2 2 2 2 2 2 2
2
( ) sin ,
1
dr
ds c dt a t r d d
kr
  
 
    
 
4
1 8
.
2
G
R g R T
c
  

 
, , , ,R R g R      
                   
2
0 0 0
0 0 0ˆ
0 0 0
0 0 0
c
p
T
p
p
 
 
 
 
  
 
SVEMIR KOJI SE ŠIRI
0v H D 
0
HS
c
r
H

„comoving“ sistem
( )r a t x
 
pravo rastojanje
faktor skale
rastojanje u
„comoving“ sistemu
STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL
• Fridmanove jednačine
• Pouzdan model za svemir star i energijama
čestica
• SKM: oko 15 problema, najvažniji
• Ravna geometrija svemira
• Problem horizonta
• Rešenje – inflacija?! (A. Gut,
K. Sato, 1981)
2 2
2
2
2
8
3
4 3
3
a G kc
H
a a
a G p
a c




 
   
 
 
   
 


Prikaz Fridmanovih modela: otvorenog (O) , ravnog (F) i
zatvorenog (C) svemira u slučaju sa inflacijom i bez nje
A. Linde, Particle Physics and Inflationary Cosmology, (2005) 270.
𝑘 = −1
𝑘 = 0
𝑘 = 1
PROBLEMI
• Ravna geometrija
• Najnoviji podaci pokazuju da je
vrednost ukupne gustine približna
kritičnoj, tj. svemir je skoro ravan
• Model – ako postoji mala zakrivljenost
prostora ona tokom vremena raste!
• Neophodno “fino” podešavanje
• Problem horizonta,
• Jedan od najvažnijih nedostataka
• (ne)mogućnost „komunikacije“ između udaljenih delova
svemira
• Svetlost prelazi konačno rastojanje => vidljiv svemir
2
2
2
2
2
2 2
8
3
8
( 1)
3
c tot
tot
c
G kc
H
a
G kc
H
a H







  


    


  

2 2 1
2 2 2/3
2/3
1
1
tot
tot
a H t
a H t
t
t




  
  
• Kako je nastala
termodinamička ravnoteža?
• “Signal” stiže iz suprotnih
pravaca, koji nisu mogli da
komuniciraju
• CMB zračenje nastalo u vreme
kad je svetlost mogla da
prelazi još kraća rastojanja
• Delovi koji su na rastojanju
većem od 1-2 lučnog stepena
ne mogu da komuniciraju!
• Problem velikih struktura:
Kako su nastale galaksije ako
je svemir homogne?
𝑇 = 2,7 ± 10 𝐾
INFLACIJA
• Faktor skale (radijus svemira) se
tokom povećao za bar
puta, tj. 60 e-foldova
• Najjednostavniji model:
jedno realno kanonsko skalarno polje (inflaton)
• Uslov inflacije (iz Fridmanovih jednačina)
• Dinamika klasičnog realnog skalarnog polja
• Tenzor energije-impulsa
• Gustina energije i pritisak
2
1
2
( ) 0 0 3 0
d d a
aH p
dt dt

     
Negativan pritisak, pokreće inflaciju!
2
4 Pl 1
( )
2 2
M
S d x g R g V
   
 
      
 

( ) 2 1
( ) .
2
S
T g V
gg
 
    

    

            


2
2
1
( )
2
1
( )
2
V
p V


  
 
 
 
Pl
Pl
19
Pl 2
8
8
1,22 10
2,176 10
m
M
c GeV
m
G c
kg




  
 

INFLACIJA
• Vremenska evolucija homogenog skalarnog polja,
za FRW metriku  Klajn-Gordonova jednačina
• Fridmanova jednačina
• Režim sporog kotrljanja (slow-roll)
• Da bi inflacija trajala dovoljno dugo
3 0,
V
H V V 


    

 
2 2
2
1 1
( )
3 2pl
H V
M
 
 
   

2
22
Pl
1
( )
3( )
3 0
H V
MV
H V

 



 
  
 

| | | 3 |
| | | |
H
V
 
 
 
 
"The Inflation Debate“, Scientific American, April 2011
Credit: Malcom Godwin; Jen Christiansen
INFLACIJA
• Ravna geometrija
• Uslov inflacije primorava ukupnu gustinu da se približi
jedinici
• Horizont
• Svemir se širi ali ne menjaju se
karakteristične dimenzije, mali
deo svemira poraste do
višestruko većih dimenzija od
vidljivog svemira
1
2
2 2
( ) 0
( 1)tot
d
aH
dt
kc
a H


  
POSMATRAČKI PARAMETRI
• Poslednjih 20 godina  posmatrački rezultati za
proveru teorijskih istraživanja
• Inflacija – objašnjava fluktuacija u ranom svemiru
• Nezavisno S. Hoking, A. Starobinski i A. Gut
W.H. Kinney, Cosmology, inflation, and the physics of nothing, (2003)
Beginning and End of the Universe, http://www.as.utexas.edu/~gebhardt/u303f16/cos3.html
POSMATRAČKI PARAMETRI
• Hablovi hijerarhijski parametri
(parametri sporog kotrljanja)
• Trajanje inflacije
• Kraj inflacije
• Tri nezavisna posmatračka parametra: amplituda skalarnih
perturbacija , količnik tenzora i skalara i skalarni
spektralni indeks
*
1 0
ln | |
, 0,i
i
d H
i
dN H   

 
vrednost Hablovog parametara u proizvoljno
izabranom vremenskom trenutku
2
Pl
1
( ) ln ln
end end end
end
t t
end
t t
a H V
N d a Hdt d d
a M V
 
 
  

    
   
 1i

( ) 1i end 
1
1 2
16
1 2s
r
n

 

  
POSMATRAČKI PARAMETRI
• Satelit Plank
(maj 2009 – oktobar 2013)
• (Najnoviji) rezultati
objavljeni 2016. godine
Planck 2015 results: XIII. Cosmological parameters, Astronomy & Astrophysics. 594 (2016) A13
Planck 2015 results. XX. Constraints on inflation, Astronomy & Astrophysics. 594 (2016) A20
TAHIONSKA INFLACIJA
D. Steer, F. Vernizzi, Tachyon inflation: Tests and comparison with single scalar field inflation, Physical Review D. 70 (2004) 43527
M. Milosevic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M.D. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation - comparison of analytical and
numerical results with observation, Serbian Astronomical Journal. 192 (2016) 1–8.
N. Bilic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, M. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation: Analytical vs numerical
solutions, AIP Vol 1722 No 1 (2016) 50002.
TAHIONI – NEKAD I SAD
• Tradicionalno, pojam tahion (grčki ταχύ – brz):
hipotetička čestica, uvek se kreće brzinom većom od
brzine svetlosti u vakuumu
• Prva ideja – A. Zomerfeld (1904)
• 1962 - prva detaljna razmatranja
• 1967 – „čestice“ – kvanti polja imaginarne mase
• 1969 – ne moraju da se prostiru brže od svetlosti,
nestabilnosti polja
• U modernoj fizici je smisao značajno izmenjen
• U teoriji struna i KFT: stanje kvantnog polja sa imaginarnom
masom (tj. negativnim kvadratom mase!)
• Ispostavilo se - imaginarna masa odgovara stanju
nestabilnosti, tako da se tahion(sko stanje) spontano
„raspada“ kroz proces tzv. tahionske kondenzacije.
TAHIONI – NEKAD I SAD
• Ne postoji klasično tumačenje
• Nestabilnost  potencijal tahionskog polja - na
lokalnom maksimumu, a ne u lokalnom minimuma. Vrlo
malo narušavanje ove ravnoteže, usled kvantnih
fluktuacija, primorava polje da se kotrlja ka lokalnom
minimumu.
• U minimumu – kvanti nisu više
tahioni, već „obične“ čestice
TAHIONSKI POTENCIJAL
• Uslovi koji moraju da važe za tahionski potencijal:
LAGRANŽIJAN SKALARNOG POLJA -
• U opštem slučaju – proizvoljna funkcija skalarnog polja
i kinetičke energije
• Kanonska polja sa potencijalom
,
• Nekanonski model
• DBI lagranžijan
• Specijalni tip – tahionski
TAHIONSKA INFLACIJA
• Realno skalarno polje minimalno kuplovano sa
gravitacijom
• Dejstvo
• Lagranžijan i hamiltonijan tahionskog polja
• Prostor – homogen i izotropan, FRW metrika
TAHIONSKA INFLACIJA
• Kao i u slučaju standardnog skalarnog polja i
ali:
.
• Fridmanova jednačina:
⁄ .
• Jednačina održanja energije i impulsa, postaje
.
TAHIONSKA INFLACIJA
• Odgovarajućim reskaliranjem pogodno je uvesti bezdimenzionalne jednačine:
• Rešavamo:
⁄
• Pomoćna jednačina
• Gde je bezdimenzionalna konstanta , dok je izbor konstante (napon brane)
motivisan teorijom struna
𝜏 = 𝑡 𝑇⁄ , 𝑥̇ =
𝑥 =
𝑇
𝑇
,     𝑈(𝑥) =
𝑉(𝑥)
𝜎
,     𝐻 =
𝐻
𝑇
.
Jednačina kontinuiteta
(održanja energije i impulsa)
Fridmanova jednačina
USLOVI ZA TAHIONSKU INFLACIJU
• Osnovni uslov za ubrzano širenje svemira
• Uslovi sporog kotrljanja
• Približne jednačine
POČETNI USLOVI
• Približni parametri sporog kotrljanja
• Približan broj e-foldova
RANDAL-SUNDRUM MODELI
L. Randall, R. Sundrum, An Alternative to Compactification, Physical Review Letters. 83 (1999) 4690–4693
N. Bilic, G.B. Tupper, AdS braneworld with backreaction, Central European Journal of Physics. 12 (2014) 147–159.
N. Bilic, D. Dimitrijevic, G. Djordjevic, M. Milosevic, Tachyon inflation in an AdS braneworld with back-reaction, International Journal of
Modern Physics A. 32 (2017)
SVET NA BRANI
Svet na brani (umetnička vizija). Autor: Dexton Roberts
• T. Kaluca – proširenje OTR na 5-dim prostor-vreme
• Metrika
• Dodatne dimenzije vrlo male
• Druge teorije – nova ideja  svet na brani
• „naš“ prostor smešten u 3D prostor
(3-brana)
• „uronjen“ u višedimenzionalni
međuprostor (balk)
RANDAL-SUNDRUM MODELI
• 1999 - Jedan od najjednostavnijih modela
• Dve brane, suprotnog napona, nalaze na na
određenom rastojanju u 5-dim
• RSI – posmatrač na brani sa negativnim naponom,
rastojanje do druge brane – intenzitet gravitacije
odgovara Njutnovoj gravitacionoj konstanti
• RSII – posmatrač na „pozitivnoj“ brani, druga
brana na beskonačnom rastojanju
RSI MODEL
x
5
x y
0y  y l y  
N. Bilic, “Braneworld Universe”, 2nd CERN – SEENET-MTP PhD School, Timisoara, December 2016
0  0 
RSII MODEL
0y  y  
0  0 
N. Bilic, “Braneworld Universe”, 2nd CERN – SEENET-MTP PhD School, Timisoara, December 2016
x
5
x y
DE SITEROVI PROSTORI
• W. De Siter i Ajnštajn (1920-tih) radili zajedno na opisivanju
strukture prostor-vremena
• U 2D – sfera (+ krivina), ravan (nula), hiperbolična površ (-)
• Prostor-vreme:
• de Siterov prostor - pozitivna krivina
• Prostor Mikovskog - nula
• Anti de Siterov prostor – negativna krivina
RSII MODEL
• U opštem slučaju Anti de Siter metrika
• Proširen RSII, uključuje i povratnu reakciju radiona
• Ukupno dejstvo
• Nakon integracije metrike po dodatnoj petoj dimenziji…
 
 
2 2 2 2
(5) 2 2 2
2 2
1 1
1 ( ) ,
1 ( )
a b
ab
ds G dX dX k z x g dx dx dz
k z k z x
  


 
 
    
  

1
k 
Poluprečnik krivine
Radionsko polje
RSII MODEL
• Dejstvo 3-brane koja se kreće u balku
• Dejstvo brane
• Ukupni lagranžijan
• U odsustvu radiona
4
, , br
1
,
16 2
R
S d x g g S
G

 

         
Kanonski normirano radionsko polje
2 4
sinh
3
G

      4 ind
br
, ,4 2 2 2
4 4 2 2 3
det
(1 ) 1
(1 )
S d x g
g
d x g k
k k


 




  
 
     
  


Napon brane
Tahionsko polje /ky
e k 
(0) 4
br , ,4 4
1 ,S d x g g
k

 
 
      

2
, , 2 2
, , 4 3
1
1 , 1 .
2
g
g k

 
 

 

 
       


N. Bilic, G.B. Tupper, CEJP 12 (2014) 147–159.
RSII MODEL
• U ravnom prostoru, FRW metrika
• Hamiltonov formalizam
, ,
• Hamiltonijan
RSII MODEL
• Hamiltonove jednačine
• Fridmanova jednačina
• U kombinaciji sa jednačinom kontinuiteta
daje drugu Fridmanovu jednačinu




3
3
H
H
H
H
H
H


 
 

 


 


    


    


2
8 2
1 .
3 3
a G G
H
a k
       
 

2
4
4 ( ) 1
3
G
H G
k


       
  
 8
.
3
a G
H
a

  
Modifikovana
BEZDIMENZIONALNE JEDNAČINE ZA RSII
• Smene:
4
8 2
8 2
2 8 2
10 2
5 8 2
1 /
4 3 /
3
2 1 /
4 3 /
3
1 /
h
h




 


 

 
 

  
  
  
   
  
 
   




  


  





2 2
2 2
8
1
3 12
Gk
a
h
a
 
 
 

 
   
 

2
2
2
2 2
2
2 2 3
4
2
2
4 2 3
1 ,
sinh ,
6
2
sinh ,
6 3
1
1 / ,
2
1 1
2 1 /
d
d
p
  

 
  
 


  


 
  

 
 
   
 
 
    
 
  
 

 


Bezdimenzionalna konstanta
Hablov
parametar
Pritisak
Gustina
energije
2 2
( ) 1
2 6
h p
N h
 
 
 
    
 



Dopunske jednačine,
rešavaju se uporedo
2
4
/ ,
/ ( ), / ( )),
, / ( )
h H k
k k
k k


   
  



   
   
USLOVI ZA POČETAK INFLACIJE
• Početni uslovi – iz modela bez radionskog polja
• „Čist“ tahionski potencijal
• Hamiltonijan
• Bezdimenzionalne jednačine


4
8 2
5 8 2
1
4
3 .
1
h


 

 

 
 
  


  

PROCENA POČETNIH USLOVA
• Na osnovu uslova sporog kotrljanja
• Hablovi hijerarhijski (slow-roll) parametri
• Režim sporog kotrljanja  dominira RSII
• Ako se zanemari RSII  standardna tahionska inflacija


2
2 2 2
1 2 4 4
2 12 2 2 2 2
2 2 4 4 4 4
8
1 1
6 12
8
1 1 1
12 4 6 6
  
  
    
    

 
            
                     


    
   
2 3 2
4 2 2
6 6
2
1 2 14 4
1
, 8 , 24 ,
6
3
3 192 , 288 .
2
h
  
  
  
 

 
  

   
  
2
2
2
1 2 12
1 4 4
, , ,
3 3 3
3
8 , .
2
h
  
 
 



  
PROCENA POČETNIH USLOVA
• Kraj inflacije , tj.  RSII modifikacija se
može zanemariti, važi
• Broj e-foldova
• Broj e-foldova (standardna tahionska inflacija)
• Velika razlika u broju e-foldova  RSII kosmologija
produžuje period inflacije!!!
   
2
f
1 f 2 f f2
8 8
( ) ( ) 1, ( ) .
3
h

  
 
 

2 2
2 4
0 0
1 .
8 36
N
 
 
     

2
st.tach 2
0
1.
8
N





st.tach2
0
9
5, 0,25
330
N
N
 
   

NUMERIČKI MODEL
ALATI
• C/C++ (izračunavanje) i GNU Plot (grafički prikaz)
• Biblioteke
• GNU Scientific Library
• Gnuplot-iostream
• Numeričke metode
• Generator pseudoslučajnih brojeva
• Keš-Karpov Runge-Kuta metod (4 i 5 reda)
• Metod polovljenja intervala (bisection)
(PSEUDO)ALGORITAM
POSMATRAČKI PARAMETRI
• Skalarni spektralni indeks i količnik tenzora i skalara
u prvom redu u odnosu na parametre
• U drugom redu u odnosu na parametre  razlikuje
• gde je konstanta , dok je za
tahionsku inflaciju u standardnoj kosmologiji, i
za Randal-Sundrum kosmologiju
 
 
1 2 1
2
1 2 1 1 2 2 3
16 1 2 ,
1 2 2 2 3 2 .s
r C
n C C
  
       
  
         
REZULTATI
DINAMIKA TAHIONSKE INFLACIJE
85
5
N



4
3
1
82
1 3
1 2 2
( )
8
( ) ( )
x C e
C
e





 


  
Analitičko rešenje
Numeričko rešenje
POSMATRAČKI PARAMETRI ( , ),
Originalni rezultati: numerički izračunate vrednosti posmatračkih parametara i u poređenju sa
rezultatima Plank kolaboracije. Na slici levo prikazano je 70% izračunatih rezultata dok se na slici desno
nalazi 35% ukupnog broja rezultata. Zelena isprekidana linija (levo) označava oblast Planck TT+lowP
merenja. Crvena puna linija označava približnu relaciju
POSMATRAČKI PARAMETRI ( , )
• Po 25000 parova
slobodnih parametara
u istom interval
• U opsegu grafika
nalazi se 64% rezultata
za i 72% rezultata
za . Najbolji
rezultati za dobijeni
su za
2
1
1
( )
( )
cosh( )
x
x
e
x
U x
U


 45 120
1 25
N

 
 
85
15 25
N


 
DINAMIKA POLJA U RSII MODELU
• Vremenska evolucija polja i Hablovih hijerarhijskih parametara
0 0 0 0
2, 0,25, 0,4, 0 
        
POSMATRAČKI PARAMETRI ( , )
25000 parova, slobodni parametri
0
60 120
1 12
0 0,5
N


 
 
 
POSMATRAČKI PARAMETRI ( , )
• 25000 parova,
slobodni parametri:
• Približne relacije:
• RS model
• Tahionski model (FRW)
0
60 120
1 12
0 0,5
N


 
 
 
 
32
1
7
sr n 
16
(1 )
3 s
r n 
ZAVISNOST VREDNOSTI ( , ) OD , ,
• 65% unutar na grafiku,
12% unutar
0 0
60 120, 0,5
1 12, 0,5
0 0,5, 0.05
N N
 
 
   
   
   
POSMATRAČKI PARAMETRI ( , )
• Izračunate vrednosti parametara su za RSII model sa radionom
(plavo), tahionskim potencijalom u RSII kosmologiji (zeleno) i
tahionskim potencijalom u kosmologiji sa standardnom
Fridmanovom jednačinom (crno)
NAJBOLJE SLAGANJE ( , ) I MERENJA
0
85 110
1 8
0 0,5
N


 
 
 
0
60 120
2
0 0,25
N


 

 
0
115 120
1,25
0.05
N


 


ZAKLJUČAK
• Istraživanja su motivisana pre svega RSII modelom i
razmatrana je uloga tahionskog polja u kosmološkoj inflaciji
u standardnoj kosmologiji i u okviru RS modela.
• Osnovni cilj istraživanja - izračunavanje posmatračkih
parametara inflacije za RSII model i njihovo upoređivanje
sa rezultatima posmatranja.
ZAKLJUČAK
• Rezultat – očigledno dodatni član koji se za RSII model
javlja u Fridmanovoj jednačini ima značajan pozitivan
efekat na vrednost posmatračkih parametara i doprinosi
da su dobijene vrednosti znatno bliže izmerenim
vrednostima.
• Treba naglasiti: razmatrani model, za razliku od većine
drugih inflatornih modela u literaturi u kojima su potencijal
i parametri proizvoljno izabrani na način da rezultati što
bolje odgovaraju posmatranjima, zasnovan na
fundamentalnoj dinamici brana koja je opisana
potencijalom sa samo jednim slobodnim parametrom.
ZAKLJUČAK
• Mogućnost za istraživanja složenijih modela. Proširivanje
modela drugim efektima, npr. prisustvo materije u
prostoru između brana, vodi ka drugim oblicima
(tahionskog) potencijala i potpuno drugačijim efektima i
rezultatima.
• Softverska rešenja koja su razvijena tokom izrade ove
disertacije mogu se na relativno lak način izmeniti i
dopuniti za primenu na drugim kosmološkim modelima,
bez obzira da li su to modeli za standardnu inflaciju sa
jednim skalarnim poljem, za inflaciju sa tahionskim poljem,
kosmologiju sveta na brani, ili pak neki modeli zasnovani
na modifikovanoj teoriji gravitacije i slično.
NAJVAŽNIJE REFERENCE
• N. Bilic, G.B. Tupper, AdS braneworld with backreaction, Cent. Eur. J. Phys. 12 (2014) 147–159.
• D. Steer, F. Vernizzi, Tachyon inflation: Tests and comparison with single scalar field inflation, Phys. Rev. D. 70 (2004)
43527.
• P.A.R. Ade, N. Aghanim, M. Arnaud, F. Arroja, M. Ashdown, J. Aumont, et al., Planck 2015 results: XX. Constraints on
inflation, Astron. Astrophys. 594 (2016) A20.
• L. Randall, R. Sundrum, Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension, Physical Review Letters. 83 (1999)
3370–3373; L. Randall, R. Sundrum, An Alternative to Compactification, Physical Review Letters. 83 (1999) 4690–
4693.
• N. Bilic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, Tachyon inflation in an AdS braneworld with back-reaction,
International Journal of Modern Physics A. 32 (2017) 1750039.
• M. Milosevic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M.D. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation -
comparison of analytical and numerical results with observation, Serbian Astronomical Journal. 192 (2016) 1–8.
• M. Milosevic, G.S. Djordjevic, Tachyonic Inflation on (non-)Archimedean Spaces, Facta Universitatis (Niš) Series:
Physics, Chemistry and Technology. 14 (2016) 257–274.
• N. Bilic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, M. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation:
Analytical vs numerical solutions, AIP Vol 1722 No 1 (2016) 50002.
• G.S. Djordjevic, D.D. Dimitrijevic, M. Milosevic, On Canonical Transformation and Tachyon-Like ”Particles” in
Inflationary Cosmology, Romanian Journal of Physics. 61 (2016) 99–109.
• D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, Classicalization and quantization of tachyon-like matter on
(non)archimedean spaces, Romanian Reports in Physics. 68 (2016) 5–18.
HVALA !
Milan Milošević
Departman za fiziku
Prirodno-matematički fakultet
Univerzitet u Nišu
mmilan@seenet-mtp.info
www.svetnauke.org
facebook.com/mmilan
linkedin.com/in/mmilann/
http://www.seenet-mtp.info
Finansiranje istraživanja:
SEENET-MTP - ICTP projekti PRJ-09 i NT-03, projekat MPNTR OI 176021
• Gost
• Alexei Starobinsky (Landau Institute for TP, Moscow)
Topic: Inflation
http://bs2018.seenet-mtp.info
http://bw2018.seenet-mtp.info

Contenu connexe

Similaire à Inflatorni kosmološki modeli: svet na brani i tahionska inflacija

Od velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinu
Od velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinuOd velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinu
Od velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinuMilan Milošević
 
Predrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational Cosmology
Predrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational CosmologyPredrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational Cosmology
Predrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational CosmologySEENET-MTP
 
Branko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of Gravity
Branko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of GravityBranko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of Gravity
Branko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of GravitySEENET-MTP
 

Similaire à Inflatorni kosmološki modeli: svet na brani i tahionska inflacija (6)

Od velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinu
Od velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinuOd velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinu
Od velikog praska do Nobelove nagrade za fiziku za 2019. godinu
 
Predrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational Cosmology
Predrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational CosmologyPredrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational Cosmology
Predrag Jovanovic - Gravitational Lensing and Observational Cosmology
 
Branko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of Gravity
Branko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of GravityBranko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of Gravity
Branko Dragovic - Modern Modifications of Einstein's Theory of Gravity
 
Godina Fizike
Godina FizikeGodina Fizike
Godina Fizike
 
Lj. Nešić - "Savremena kosmologija"
Lj. Nešić - "Savremena kosmologija"Lj. Nešić - "Savremena kosmologija"
Lj. Nešić - "Savremena kosmologija"
 
Dilatacija vremena
Dilatacija vremenaDilatacija vremena
Dilatacija vremena
 

Plus de Milan Milošević

Inflacija, crne rupe i Fizika u Nišu
Inflacija, crne rupe i Fizika u NišuInflacija, crne rupe i Fizika u Nišu
Inflacija, crne rupe i Fizika u NišuMilan Milošević
 
Observational tests of Tachyonic and Holographic Models of Inflation
Observational tests of Tachyonic and Holographic Models of InflationObservational tests of Tachyonic and Holographic Models of Inflation
Observational tests of Tachyonic and Holographic Models of InflationMilan Milošević
 
Kako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Kako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fizikuKako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Kako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fizikuMilan Milošević
 
Sunce - zvezda iz Sunčevog sistema
Sunce - zvezda iz Sunčevog sistemaSunce - zvezda iz Sunčevog sistema
Sunce - zvezda iz Sunčevog sistemaMilan Milošević
 
Observational parameters of Inflation in Holographic cosmology
Observational parameters of Inflation in Holographic cosmologyObservational parameters of Inflation in Holographic cosmology
Observational parameters of Inflation in Holographic cosmologyMilan Milošević
 
Numerical inflation: simulation of observational parameters
Numerical inflation: simulation of observational parametersNumerical inflation: simulation of observational parameters
Numerical inflation: simulation of observational parametersMilan Milošević
 
Od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Od crne rupe do Nobelove nagrade za fizikuOd crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Od crne rupe do Nobelove nagrade za fizikuMilan Milošević
 
Evolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivo
Evolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivoEvolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivo
Evolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivoMilan Milošević
 
Kako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupe
Kako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupeKako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupe
Kako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupeMilan Milošević
 
CERN mesto gde je nastao "internet"
CERN mesto gde je nastao "internet"CERN mesto gde je nastao "internet"
CERN mesto gde je nastao "internet"Milan Milošević
 
Kako je svet postao globalno selo?
Kako je svet postao globalno selo?Kako je svet postao globalno selo?
Kako je svet postao globalno selo?Milan Milošević
 
NETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacija
NETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacijaNETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacija
NETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacijaMilan Milošević
 
NETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanje
NETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanjeNETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanje
NETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanjeMilan Milošević
 
Overview of collected WARIAL data from NETCHEM consortium
Overview of collected WARIAL data from NETCHEM consortiumOverview of collected WARIAL data from NETCHEM consortium
Overview of collected WARIAL data from NETCHEM consortiumMilan Milošević
 
Agreement of protection of intellectual property
Agreement of protection of intellectual propertyAgreement of protection of intellectual property
Agreement of protection of intellectual propertyMilan Milošević
 

Plus de Milan Milošević (20)

Inflacija, crne rupe i Fizika u Nišu
Inflacija, crne rupe i Fizika u NišuInflacija, crne rupe i Fizika u Nišu
Inflacija, crne rupe i Fizika u Nišu
 
Observational tests of Tachyonic and Holographic Models of Inflation
Observational tests of Tachyonic and Holographic Models of InflationObservational tests of Tachyonic and Holographic Models of Inflation
Observational tests of Tachyonic and Holographic Models of Inflation
 
Kako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Kako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fizikuKako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Kako smo videli nevidljivo - od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
 
Sunce - zvezda iz Sunčevog sistema
Sunce - zvezda iz Sunčevog sistemaSunce - zvezda iz Sunčevog sistema
Sunce - zvezda iz Sunčevog sistema
 
Observational parameters of Inflation in Holographic cosmology
Observational parameters of Inflation in Holographic cosmologyObservational parameters of Inflation in Holographic cosmology
Observational parameters of Inflation in Holographic cosmology
 
Numerical inflation: simulation of observational parameters
Numerical inflation: simulation of observational parametersNumerical inflation: simulation of observational parameters
Numerical inflation: simulation of observational parameters
 
Od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Od crne rupe do Nobelove nagrade za fizikuOd crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
Od crne rupe do Nobelove nagrade za fiziku
 
Evolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivo
Evolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivoEvolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivo
Evolucija zvezda i nastanak crnih rupa - kako smo videli nevidljivo
 
Kako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupe
Kako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupeKako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupe
Kako videti nevidljivo? - prva fotografija crne rupe
 
Kako preživeti internet?
Kako preživeti internet?Kako preživeti internet?
Kako preživeti internet?
 
CERN mesto gde je nastao "internet"
CERN mesto gde je nastao "internet"CERN mesto gde je nastao "internet"
CERN mesto gde je nastao "internet"
 
Kako je svet postao globalno selo?
Kako je svet postao globalno selo?Kako je svet postao globalno selo?
Kako je svet postao globalno selo?
 
NETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacija
NETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacijaNETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacija
NETCHEM CPD: Audio prezentovanje jednosmerna i dvosmerna komunikacija
 
NETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanje
NETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanjeNETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanje
NETCHEM CPD: Video konferencijsko povezivanje
 
Fizika mobilnog telefona
Fizika mobilnog telefonaFizika mobilnog telefona
Fizika mobilnog telefona
 
30 godina World Wide Web-a
30 godina World Wide Web-a30 godina World Wide Web-a
30 godina World Wide Web-a
 
"Svet nauke" o svetu nauke
"Svet nauke" o svetu nauke"Svet nauke" o svetu nauke
"Svet nauke" o svetu nauke
 
NETCHEM Forum
NETCHEM ForumNETCHEM Forum
NETCHEM Forum
 
Overview of collected WARIAL data from NETCHEM consortium
Overview of collected WARIAL data from NETCHEM consortiumOverview of collected WARIAL data from NETCHEM consortium
Overview of collected WARIAL data from NETCHEM consortium
 
Agreement of protection of intellectual property
Agreement of protection of intellectual propertyAgreement of protection of intellectual property
Agreement of protection of intellectual property
 

Inflatorni kosmološki modeli: svet na brani i tahionska inflacija

  • 1. INFLATORNI KOSMOLOŠKI MODELI SVET NA BRANI I TAHIONSKA INFLACIJA MILAN MILOŠEVIĆ Departman za fiziku Prirodno-matematički fakultet u Nišu Seminar za teoriju relativnosti i kosmološke modele Matematičkog instituta SANU Beograd, 28. februar 2018
  • 2. SADRŽAJ • Uvod • Standardni kosmološki model (SKM) • Tahionska inflacija • Randal-Sundrum modeli • Numerički model i rezultati • Zaključak
  • 3. UVOD • Sredina XX veka – osnove SKM • Problemi – period ranog svemira • Početak 80-tih godina – A. Gut i A. Linde • Inflacija - faza eksponencijalnog širenja (uveća 1026 puta) • Uspešno radi, proces – nepoznat (pre svega početak) • Teorijski – opisano klasičnom fizikom (jednim ili više skalarnih polja) • Početak – kvantni efekti  kvantna kosmologija • Procesi koji traju i na rastojanjima – mogućnost p-adične i adelične inflacije, tj. procesa na nearhimedovim prostorima G.S. Djordjevic, D.D. Dimitrijevic, M. Milosevic, On Canonical Transformation and Tachyon-Like ”Particles” in Inflationary Cosmology, Romanian Journal of Physics. 61 (2016) 99–109. D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, D. Vulcanov, On classical and quantum dynamics of tachyon-like fields and their cosmological implications, AIP Vol. 1634, No. 9 (2014) 9–17.
  • 4. UVOD • Popularna klasa modela – skalarno polje sa nestandardnim lagranžijanom, npr. Dirak-Born- Infeldovog (DBI) tipa  tahionsko skalarno polje • Radovi A. Sena (2002) – potencijalna fundamentalna uloga tahionskih polja u teoriji struna i kosmologiji sveta na brani; Senova pretpostavka (Sen’s conjecture) • G. Gibonsa (2002) – uloga tahiona u kosmologiji • Kofman i Linde – čista tahionska inflacija ne daje odgovarajuće rezultate za CMB • Razlog – inflacija ne traje dovoljno dugo  • Problem zagrevanja (reheating)
  • 5. UVOD • Stir i Vernici (2004) – proširenje opsega parametara u teoriji struna  tahionski modeli malo se razlikuju u odnosu na inflatorne modele zasnovane na kanonskoj teoriji skalarnih polja • Tahionska inflacija se u principu ne može u potpunosti isključiti • Jednostavni modeli – značajna uloga u kosmologiji sveta na brani
  • 6. UVOD • Motivacija - Randal-Sundrum modeli • Dve brane sa suprotnim tenzijama (rastojanje u 5-dim) • RSI – posmatrač na „negativnoj“ brani • RSII – posmatrač na „pozitivnoj“ brani • Fluktuacija rastojanja  opisana novim skalarni poljem – radion • Dinamika same brane – analogna dinamici tahionskog polja • Dodatna dimenzija  neophodna modifikacija Fridmanovih jednačina • „Eksperimentalno“ testiranje modela upoređivanjem predviđanja sa astronomskim posmatranjima Plank misije
  • 8. STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL • 1915 – A. Ajnštajn (opšta teorija relativnosti) • 1922 – A. Fridman (rešenja Ajnštajnovih jednačina) • 1929 – E. Habl – posmatračka potvrda • 1946 - osnova modela: Ž. Lemetre (ideja), Dž. Gamov • 1965 – A. Penzias, R. Vilsnon – detekcija CMB
  • 11. STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL • Dinamika širenja homogenog i izotropnog svemira • A. Fridman (A. Ajnštajn, V. de Siter, Ž. Lemetr) • Iz osnovnih postulata TR  Ajnštajnove jednačine • Fridman-Robertson-Vokerova metrika • Ričijev tenzor i skalar ; tenzor energije-impulsa   2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ( ) sin , 1 dr ds c dt a t r d d kr             4 1 8 . 2 G R g R T c       , , , ,R R g R                           2 0 0 0 0 0 0ˆ 0 0 0 0 0 0 c p T p p             
  • 12. SVEMIR KOJI SE ŠIRI 0v H D  0 HS c r H  „comoving“ sistem ( )r a t x   pravo rastojanje faktor skale rastojanje u „comoving“ sistemu
  • 13. STANDARDNI KOSMOLOŠKI MODEL • Fridmanove jednačine • Pouzdan model za svemir star i energijama čestica • SKM: oko 15 problema, najvažniji • Ravna geometrija svemira • Problem horizonta • Rešenje – inflacija?! (A. Gut, K. Sato, 1981) 2 2 2 2 2 8 3 4 3 3 a G kc H a a a G p a c                       Prikaz Fridmanovih modela: otvorenog (O) , ravnog (F) i zatvorenog (C) svemira u slučaju sa inflacijom i bez nje A. Linde, Particle Physics and Inflationary Cosmology, (2005) 270. 𝑘 = −1 𝑘 = 0 𝑘 = 1
  • 14. PROBLEMI • Ravna geometrija • Najnoviji podaci pokazuju da je vrednost ukupne gustine približna kritičnoj, tj. svemir je skoro ravan • Model – ako postoji mala zakrivljenost prostora ona tokom vremena raste! • Neophodno “fino” podešavanje • Problem horizonta, • Jedan od najvažnijih nedostataka • (ne)mogućnost „komunikacije“ između udaljenih delova svemira • Svetlost prelazi konačno rastojanje => vidljiv svemir 2 2 2 2 2 2 2 8 3 8 ( 1) 3 c tot tot c G kc H a G kc H a H                        2 2 1 2 2 2/3 2/3 1 1 tot tot a H t a H t t t          
  • 15. • Kako je nastala termodinamička ravnoteža? • “Signal” stiže iz suprotnih pravaca, koji nisu mogli da komuniciraju • CMB zračenje nastalo u vreme kad je svetlost mogla da prelazi još kraća rastojanja • Delovi koji su na rastojanju većem od 1-2 lučnog stepena ne mogu da komuniciraju! • Problem velikih struktura: Kako su nastale galaksije ako je svemir homogne? 𝑇 = 2,7 ± 10 𝐾
  • 16. INFLACIJA • Faktor skale (radijus svemira) se tokom povećao za bar puta, tj. 60 e-foldova • Najjednostavniji model: jedno realno kanonsko skalarno polje (inflaton) • Uslov inflacije (iz Fridmanovih jednačina) • Dinamika klasičnog realnog skalarnog polja • Tenzor energije-impulsa • Gustina energije i pritisak 2 1 2 ( ) 0 0 3 0 d d a aH p dt dt        Negativan pritisak, pokreće inflaciju! 2 4 Pl 1 ( ) 2 2 M S d x g R g V                 ( ) 2 1 ( ) . 2 S T g V gg                              2 2 1 ( ) 2 1 ( ) 2 V p V            Pl Pl 19 Pl 2 8 8 1,22 10 2,176 10 m M c GeV m G c kg          
  • 17. INFLACIJA • Vremenska evolucija homogenog skalarnog polja, za FRW metriku  Klajn-Gordonova jednačina • Fridmanova jednačina • Režim sporog kotrljanja (slow-roll) • Da bi inflacija trajala dovoljno dugo 3 0, V H V V            2 2 2 1 1 ( ) 3 2pl H V M          2 22 Pl 1 ( ) 3( ) 3 0 H V MV H V               | | | 3 | | | | | H V        
  • 18. "The Inflation Debate“, Scientific American, April 2011 Credit: Malcom Godwin; Jen Christiansen
  • 19. INFLACIJA • Ravna geometrija • Uslov inflacije primorava ukupnu gustinu da se približi jedinici • Horizont • Svemir se širi ali ne menjaju se karakteristične dimenzije, mali deo svemira poraste do višestruko većih dimenzija od vidljivog svemira 1 2 2 2 ( ) 0 ( 1)tot d aH dt kc a H     
  • 20. POSMATRAČKI PARAMETRI • Poslednjih 20 godina  posmatrački rezultati za proveru teorijskih istraživanja • Inflacija – objašnjava fluktuacija u ranom svemiru • Nezavisno S. Hoking, A. Starobinski i A. Gut W.H. Kinney, Cosmology, inflation, and the physics of nothing, (2003) Beginning and End of the Universe, http://www.as.utexas.edu/~gebhardt/u303f16/cos3.html
  • 21. POSMATRAČKI PARAMETRI • Hablovi hijerarhijski parametri (parametri sporog kotrljanja) • Trajanje inflacije • Kraj inflacije • Tri nezavisna posmatračka parametra: amplituda skalarnih perturbacija , količnik tenzora i skalara i skalarni spektralni indeks * 1 0 ln | | , 0,i i d H i dN H       vrednost Hablovog parametara u proizvoljno izabranom vremenskom trenutku 2 Pl 1 ( ) ln ln end end end end t t end t t a H V N d a Hdt d d a M V                   1i  ( ) 1i end  1 1 2 16 1 2s r n       
  • 22. POSMATRAČKI PARAMETRI • Satelit Plank (maj 2009 – oktobar 2013) • (Najnoviji) rezultati objavljeni 2016. godine Planck 2015 results: XIII. Cosmological parameters, Astronomy & Astrophysics. 594 (2016) A13 Planck 2015 results. XX. Constraints on inflation, Astronomy & Astrophysics. 594 (2016) A20
  • 23. TAHIONSKA INFLACIJA D. Steer, F. Vernizzi, Tachyon inflation: Tests and comparison with single scalar field inflation, Physical Review D. 70 (2004) 43527 M. Milosevic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M.D. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation - comparison of analytical and numerical results with observation, Serbian Astronomical Journal. 192 (2016) 1–8. N. Bilic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, M. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation: Analytical vs numerical solutions, AIP Vol 1722 No 1 (2016) 50002.
  • 24. TAHIONI – NEKAD I SAD • Tradicionalno, pojam tahion (grčki ταχύ – brz): hipotetička čestica, uvek se kreće brzinom većom od brzine svetlosti u vakuumu • Prva ideja – A. Zomerfeld (1904) • 1962 - prva detaljna razmatranja • 1967 – „čestice“ – kvanti polja imaginarne mase • 1969 – ne moraju da se prostiru brže od svetlosti, nestabilnosti polja • U modernoj fizici je smisao značajno izmenjen • U teoriji struna i KFT: stanje kvantnog polja sa imaginarnom masom (tj. negativnim kvadratom mase!) • Ispostavilo se - imaginarna masa odgovara stanju nestabilnosti, tako da se tahion(sko stanje) spontano „raspada“ kroz proces tzv. tahionske kondenzacije.
  • 25. TAHIONI – NEKAD I SAD • Ne postoji klasično tumačenje • Nestabilnost  potencijal tahionskog polja - na lokalnom maksimumu, a ne u lokalnom minimuma. Vrlo malo narušavanje ove ravnoteže, usled kvantnih fluktuacija, primorava polje da se kotrlja ka lokalnom minimumu. • U minimumu – kvanti nisu više tahioni, već „obične“ čestice
  • 26. TAHIONSKI POTENCIJAL • Uslovi koji moraju da važe za tahionski potencijal:
  • 27. LAGRANŽIJAN SKALARNOG POLJA - • U opštem slučaju – proizvoljna funkcija skalarnog polja i kinetičke energije • Kanonska polja sa potencijalom , • Nekanonski model • DBI lagranžijan • Specijalni tip – tahionski
  • 28. TAHIONSKA INFLACIJA • Realno skalarno polje minimalno kuplovano sa gravitacijom • Dejstvo • Lagranžijan i hamiltonijan tahionskog polja • Prostor – homogen i izotropan, FRW metrika
  • 29. TAHIONSKA INFLACIJA • Kao i u slučaju standardnog skalarnog polja i ali: . • Fridmanova jednačina: ⁄ . • Jednačina održanja energije i impulsa, postaje .
  • 30. TAHIONSKA INFLACIJA • Odgovarajućim reskaliranjem pogodno je uvesti bezdimenzionalne jednačine: • Rešavamo: ⁄ • Pomoćna jednačina • Gde je bezdimenzionalna konstanta , dok je izbor konstante (napon brane) motivisan teorijom struna 𝜏 = 𝑡 𝑇⁄ , 𝑥̇ = 𝑥 = 𝑇 𝑇 ,     𝑈(𝑥) = 𝑉(𝑥) 𝜎 ,     𝐻 = 𝐻 𝑇 . Jednačina kontinuiteta (održanja energije i impulsa) Fridmanova jednačina
  • 31. USLOVI ZA TAHIONSKU INFLACIJU • Osnovni uslov za ubrzano širenje svemira • Uslovi sporog kotrljanja • Približne jednačine
  • 32. POČETNI USLOVI • Približni parametri sporog kotrljanja • Približan broj e-foldova
  • 33. RANDAL-SUNDRUM MODELI L. Randall, R. Sundrum, An Alternative to Compactification, Physical Review Letters. 83 (1999) 4690–4693 N. Bilic, G.B. Tupper, AdS braneworld with backreaction, Central European Journal of Physics. 12 (2014) 147–159. N. Bilic, D. Dimitrijevic, G. Djordjevic, M. Milosevic, Tachyon inflation in an AdS braneworld with back-reaction, International Journal of Modern Physics A. 32 (2017)
  • 34. SVET NA BRANI Svet na brani (umetnička vizija). Autor: Dexton Roberts • T. Kaluca – proširenje OTR na 5-dim prostor-vreme • Metrika • Dodatne dimenzije vrlo male • Druge teorije – nova ideja  svet na brani • „naš“ prostor smešten u 3D prostor (3-brana) • „uronjen“ u višedimenzionalni međuprostor (balk)
  • 35. RANDAL-SUNDRUM MODELI • 1999 - Jedan od najjednostavnijih modela • Dve brane, suprotnog napona, nalaze na na određenom rastojanju u 5-dim • RSI – posmatrač na brani sa negativnim naponom, rastojanje do druge brane – intenzitet gravitacije odgovara Njutnovoj gravitacionoj konstanti • RSII – posmatrač na „pozitivnoj“ brani, druga brana na beskonačnom rastojanju
  • 36. RSI MODEL x 5 x y 0y  y l y   N. Bilic, “Braneworld Universe”, 2nd CERN – SEENET-MTP PhD School, Timisoara, December 2016 0  0 
  • 37. RSII MODEL 0y  y   0  0  N. Bilic, “Braneworld Universe”, 2nd CERN – SEENET-MTP PhD School, Timisoara, December 2016 x 5 x y
  • 38. DE SITEROVI PROSTORI • W. De Siter i Ajnštajn (1920-tih) radili zajedno na opisivanju strukture prostor-vremena • U 2D – sfera (+ krivina), ravan (nula), hiperbolična površ (-) • Prostor-vreme: • de Siterov prostor - pozitivna krivina • Prostor Mikovskog - nula • Anti de Siterov prostor – negativna krivina
  • 39. RSII MODEL • U opštem slučaju Anti de Siter metrika • Proširen RSII, uključuje i povratnu reakciju radiona • Ukupno dejstvo • Nakon integracije metrike po dodatnoj petoj dimenziji…     2 2 2 2 (5) 2 2 2 2 2 1 1 1 ( ) , 1 ( ) a b ab ds G dX dX k z x g dx dx dz k z k z x                   1 k  Poluprečnik krivine Radionsko polje
  • 40. RSII MODEL • Dejstvo 3-brane koja se kreće u balku • Dejstvo brane • Ukupni lagranžijan • U odsustvu radiona 4 , , br 1 , 16 2 R S d x g g S G               Kanonski normirano radionsko polje 2 4 sinh 3 G        4 ind br , ,4 2 2 2 4 4 2 2 3 det (1 ) 1 (1 ) S d x g g d x g k k k                         Napon brane Tahionsko polje /ky e k  (0) 4 br , ,4 4 1 ,S d x g g k              2 , , 2 2 , , 4 3 1 1 , 1 . 2 g g k                      N. Bilic, G.B. Tupper, CEJP 12 (2014) 147–159.
  • 41. RSII MODEL • U ravnom prostoru, FRW metrika • Hamiltonov formalizam , , • Hamiltonijan
  • 42. RSII MODEL • Hamiltonove jednačine • Fridmanova jednačina • U kombinaciji sa jednačinom kontinuiteta daje drugu Fridmanovu jednačinu     3 3 H H H H H H                              2 8 2 1 . 3 3 a G G H a k            2 4 4 ( ) 1 3 G H G k               8 . 3 a G H a     Modifikovana
  • 43. BEZDIMENZIONALNE JEDNAČINE ZA RSII • Smene: 4 8 2 8 2 2 8 2 10 2 5 8 2 1 / 4 3 / 3 2 1 / 4 3 / 3 1 / h h                                                        2 2 2 2 8 1 3 12 Gk a h a                 2 2 2 2 2 2 2 2 3 4 2 2 4 2 3 1 , sinh , 6 2 sinh , 6 3 1 1 / , 2 1 1 2 1 / d d p                                                      Bezdimenzionalna konstanta Hablov parametar Pritisak Gustina energije 2 2 ( ) 1 2 6 h p N h                 Dopunske jednačine, rešavaju se uporedo 2 4 / , / ( ), / ( )), , / ( ) h H k k k k k                    
  • 44. USLOVI ZA POČETAK INFLACIJE • Početni uslovi – iz modela bez radionskog polja • „Čist“ tahionski potencijal • Hamiltonijan • Bezdimenzionalne jednačine   4 8 2 5 8 2 1 4 3 . 1 h                     
  • 45. PROCENA POČETNIH USLOVA • Na osnovu uslova sporog kotrljanja • Hablovi hijerarhijski (slow-roll) parametri • Režim sporog kotrljanja  dominira RSII • Ako se zanemari RSII  standardna tahionska inflacija   2 2 2 2 1 2 4 4 2 12 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 8 1 1 6 12 8 1 1 1 12 4 6 6                                                                  2 3 2 4 2 2 6 6 2 1 2 14 4 1 , 8 , 24 , 6 3 3 192 , 288 . 2 h                          2 2 2 1 2 12 1 4 4 , , , 3 3 3 3 8 , . 2 h             
  • 46. PROCENA POČETNIH USLOVA • Kraj inflacije , tj.  RSII modifikacija se može zanemariti, važi • Broj e-foldova • Broj e-foldova (standardna tahionska inflacija) • Velika razlika u broju e-foldova  RSII kosmologija produžuje period inflacije!!!     2 f 1 f 2 f f2 8 8 ( ) ( ) 1, ( ) . 3 h          2 2 2 4 0 0 1 . 8 36 N            2 st.tach 2 0 1. 8 N      st.tach2 0 9 5, 0,25 330 N N       
  • 48. ALATI • C/C++ (izračunavanje) i GNU Plot (grafički prikaz) • Biblioteke • GNU Scientific Library • Gnuplot-iostream • Numeričke metode • Generator pseudoslučajnih brojeva • Keš-Karpov Runge-Kuta metod (4 i 5 reda) • Metod polovljenja intervala (bisection)
  • 50. POSMATRAČKI PARAMETRI • Skalarni spektralni indeks i količnik tenzora i skalara u prvom redu u odnosu na parametre • U drugom redu u odnosu na parametre  razlikuje • gde je konstanta , dok je za tahionsku inflaciju u standardnoj kosmologiji, i za Randal-Sundrum kosmologiju     1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 3 16 1 2 , 1 2 2 2 3 2 .s r C n C C                        
  • 52. DINAMIKA TAHIONSKE INFLACIJE 85 5 N    4 3 1 82 1 3 1 2 2 ( ) 8 ( ) ( ) x C e C e             Analitičko rešenje Numeričko rešenje
  • 53. POSMATRAČKI PARAMETRI ( , ), Originalni rezultati: numerički izračunate vrednosti posmatračkih parametara i u poređenju sa rezultatima Plank kolaboracije. Na slici levo prikazano je 70% izračunatih rezultata dok se na slici desno nalazi 35% ukupnog broja rezultata. Zelena isprekidana linija (levo) označava oblast Planck TT+lowP merenja. Crvena puna linija označava približnu relaciju
  • 54. POSMATRAČKI PARAMETRI ( , ) • Po 25000 parova slobodnih parametara u istom interval • U opsegu grafika nalazi se 64% rezultata za i 72% rezultata za . Najbolji rezultati za dobijeni su za 2 1 1 ( ) ( ) cosh( ) x x e x U x U    45 120 1 25 N      85 15 25 N    
  • 55. DINAMIKA POLJA U RSII MODELU • Vremenska evolucija polja i Hablovih hijerarhijskih parametara 0 0 0 0 2, 0,25, 0,4, 0          
  • 56. POSMATRAČKI PARAMETRI ( , ) 25000 parova, slobodni parametri 0 60 120 1 12 0 0,5 N        
  • 57. POSMATRAČKI PARAMETRI ( , ) • 25000 parova, slobodni parametri: • Približne relacije: • RS model • Tahionski model (FRW) 0 60 120 1 12 0 0,5 N           32 1 7 sr n  16 (1 ) 3 s r n 
  • 58. ZAVISNOST VREDNOSTI ( , ) OD , , • 65% unutar na grafiku, 12% unutar 0 0 60 120, 0,5 1 12, 0,5 0 0,5, 0.05 N N                
  • 59. POSMATRAČKI PARAMETRI ( , ) • Izračunate vrednosti parametara su za RSII model sa radionom (plavo), tahionskim potencijalom u RSII kosmologiji (zeleno) i tahionskim potencijalom u kosmologiji sa standardnom Fridmanovom jednačinom (crno)
  • 60. NAJBOLJE SLAGANJE ( , ) I MERENJA 0 85 110 1 8 0 0,5 N         0 60 120 2 0 0,25 N        0 115 120 1,25 0.05 N      
  • 61. ZAKLJUČAK • Istraživanja su motivisana pre svega RSII modelom i razmatrana je uloga tahionskog polja u kosmološkoj inflaciji u standardnoj kosmologiji i u okviru RS modela. • Osnovni cilj istraživanja - izračunavanje posmatračkih parametara inflacije za RSII model i njihovo upoređivanje sa rezultatima posmatranja.
  • 62. ZAKLJUČAK • Rezultat – očigledno dodatni član koji se za RSII model javlja u Fridmanovoj jednačini ima značajan pozitivan efekat na vrednost posmatračkih parametara i doprinosi da su dobijene vrednosti znatno bliže izmerenim vrednostima. • Treba naglasiti: razmatrani model, za razliku od većine drugih inflatornih modela u literaturi u kojima su potencijal i parametri proizvoljno izabrani na način da rezultati što bolje odgovaraju posmatranjima, zasnovan na fundamentalnoj dinamici brana koja je opisana potencijalom sa samo jednim slobodnim parametrom.
  • 63. ZAKLJUČAK • Mogućnost za istraživanja složenijih modela. Proširivanje modela drugim efektima, npr. prisustvo materije u prostoru između brana, vodi ka drugim oblicima (tahionskog) potencijala i potpuno drugačijim efektima i rezultatima. • Softverska rešenja koja su razvijena tokom izrade ove disertacije mogu se na relativno lak način izmeniti i dopuniti za primenu na drugim kosmološkim modelima, bez obzira da li su to modeli za standardnu inflaciju sa jednim skalarnim poljem, za inflaciju sa tahionskim poljem, kosmologiju sveta na brani, ili pak neki modeli zasnovani na modifikovanoj teoriji gravitacije i slično.
  • 64. NAJVAŽNIJE REFERENCE • N. Bilic, G.B. Tupper, AdS braneworld with backreaction, Cent. Eur. J. Phys. 12 (2014) 147–159. • D. Steer, F. Vernizzi, Tachyon inflation: Tests and comparison with single scalar field inflation, Phys. Rev. D. 70 (2004) 43527. • P.A.R. Ade, N. Aghanim, M. Arnaud, F. Arroja, M. Ashdown, J. Aumont, et al., Planck 2015 results: XX. Constraints on inflation, Astron. Astrophys. 594 (2016) A20. • L. Randall, R. Sundrum, Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension, Physical Review Letters. 83 (1999) 3370–3373; L. Randall, R. Sundrum, An Alternative to Compactification, Physical Review Letters. 83 (1999) 4690– 4693. • N. Bilic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, Tachyon inflation in an AdS braneworld with back-reaction, International Journal of Modern Physics A. 32 (2017) 1750039. • M. Milosevic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M.D. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation - comparison of analytical and numerical results with observation, Serbian Astronomical Journal. 192 (2016) 1–8. • M. Milosevic, G.S. Djordjevic, Tachyonic Inflation on (non-)Archimedean Spaces, Facta Universitatis (Niš) Series: Physics, Chemistry and Technology. 14 (2016) 257–274. • N. Bilic, D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, M. Stojanovic, Dynamics of tachyon fields and inflation: Analytical vs numerical solutions, AIP Vol 1722 No 1 (2016) 50002. • G.S. Djordjevic, D.D. Dimitrijevic, M. Milosevic, On Canonical Transformation and Tachyon-Like ”Particles” in Inflationary Cosmology, Romanian Journal of Physics. 61 (2016) 99–109. • D.D. Dimitrijevic, G.S. Djordjevic, M. Milosevic, Classicalization and quantization of tachyon-like matter on (non)archimedean spaces, Romanian Reports in Physics. 68 (2016) 5–18.
  • 65. HVALA ! Milan Milošević Departman za fiziku Prirodno-matematički fakultet Univerzitet u Nišu mmilan@seenet-mtp.info www.svetnauke.org facebook.com/mmilan linkedin.com/in/mmilann/ http://www.seenet-mtp.info Finansiranje istraživanja: SEENET-MTP - ICTP projekti PRJ-09 i NT-03, projekat MPNTR OI 176021
  • 66. • Gost • Alexei Starobinsky (Landau Institute for TP, Moscow) Topic: Inflation http://bs2018.seenet-mtp.info http://bw2018.seenet-mtp.info