§ 6. Энтропийные возмущения в релятивистской теории
Интерес к энтропийным возмущениям связан с тем, что они позволяют получить современную структуру Вселенной из сингулярного состояния, метрика которого (асимптотически) точно описывается решением Фридмана, без каких-либо отклонений от однородности. Это обстоятельство отмечает Чибисов (19726). Неоднородно в пространстве распределен барионный заряд (разность
плотности барионов и антибарионов, отнесенная, к плотности фотонов), но вблизи сингулярности заряд не влияет на метрику.
В пределе, при высокой температуре, соотношение между плотностью энергии и давлением не зависит от удельного барионного заряда. В частности, при ограниченном спектре масс элементарных частиц для давления имеем формулу
при
наибольшая масса частиц) Независимо от того, является ли вещество зарядово-симметричным,
или «заряженным»,
Отсюда и следует возможность построить решение с невозмущенной метрикой и давлением и плотностью энергии, не зависящими от координат. Лишь в дальнейшем ходе расширения, при
из-за неоднородности
возникают различные уравнения состояния в различных местах согласно приближенной формуле
Возникают возмущения метрики, а также движение вещества, вызванные различием уравнений состояния в разных точках пространства. Начальные энтропийные возмущения порождают адиабатические возмущения плотности и, в частности, порождают растущую моду адиабатических возмущений, если длина волны достаточно велика. Этот факт не является специально следствием релятивистской теории. Важно лишь, что рассматриваются возмущения в эволюционирующей Вселенной, в которой с течением времени меняется уравнение состояния вещества (в отличие от джинсовской постановки задачи). Энтропийное возмущение с длиной волны, соответствующей массе меньше
вызывает только затухающие общие колебания плазмы. Но наряду с этим неравномерность
энтропии сохраняется и проявляется
после рекомбинации водорода.
В принципе можно также рассматривать неравномерное распределение лептонного заряда, т. е. избытка нейтрино над антинейтрино. В этом случае также можно задаться невозмущенной метрикой в сингулярности. Вследствие большого пробега нейтрино неравномерность выравняется рано, и амплитуда растущего возмущения плотности окажется относительно малой.
Такая гипотеза лишена изящества и никем подробно не разрабатывалась. Известным сходством с энтропийным возмущением обладает и начальное возмущение в виде хаотического магнитного поля: магнитное поле вморожено в плазму, как и энтропийные возмущения. Однако магнитное поле возмущает метрику. Гипотеза магнитной неоднородности высказана Зельдовичем (1969), но не находит доводов, которые обосновывали бы ее предпочтительность (см. об этой гипотезе § 3 гл. 19).