Fraktal kosmologi
Inom fysisk kosmologi är fraktal kosmologi en uppsättning kosmologiska minoritetsteorier som säger att fördelningen av materia i universum , eller själva universums struktur, är en fraktal över ett brett spektrum av skalor (se även: multifractal system ). Mer allmänt relaterar det till användningen eller utseendet av fraktaler i studiet av universum och materia . En central fråga inom detta område är den fraktala dimensionen av universum eller av materiens fördelning inom det, mätt i mycket stor eller mycket liten skala.
Fraktaler i observationskosmologi
Det första försöket att modellera fördelningen av galaxer med ett fraktalt mönster gjordes av Luciano Pietronero och hans team 1987, och en mer detaljerad bild av universums storskaliga struktur dök upp under det följande decenniet, när antalet katalogiserade galaxer växte sig större . Pietronero hävdar att universum visar en bestämd fraktal aspekt över ett ganska brett skalområde, med en fraktal dimension på cirka 2. Den fraktala dimensionen för ett homogent 3D-objekt skulle vara 3, och 2 för en homogen yta, medan fraktaldimensionen för en fraktal yta är mellan 2 och 3.
Universum har observerats vara homogent och isotropiskt (dvs. är jämnt fördelat) i mycket stora skalor, vilket förväntas i en standard Big Bang eller Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker- kosmologi, och i de flesta tolkningar av Lambda-Kall mörk materia modell . Den vetenskapliga konsensustolkningen är att Sloan Digital Sky Survey (SDSS) tyder på att saker och ting verkligen jämnar ut över 100 Megaparsecs.
En studie av SDSS-data 2004 fann "Kraftspektrumet kännetecknas inte av en enda kraftlag utan visar otvetydigt krökning ... och slår därmed ännu en spik i kistan för fraktaluniversumhypotesen och alla andra modeller som förutsäger en kraft -lagen maktspektrum". En annan analys av lysande röda galaxer (LRG) i SDSS-data beräknade fraktaldimensionen av galaxfördelningen (på en skala från 70 till 100 Mpc/ h ) vid 3, i överensstämmelse med homogenitet, men att fraktaldimensionen är 2 "ut till ungefär 20 h −1 Mpc". År 2012, Scrimgeour et al. visade definitivt att storskalig struktur av galaxer var homogen bortom en skala runt 70 Mpc/ h .
Fraktaler i teoretisk kosmologi
I teorins sfär var det första uppträdandet av fraktaler i kosmologi troligen med Andrei Lindes teori "Eternally Existing Self-Reproducering Chaotic Inflationary Universe" (se kaotisk inflationsteori ) 1986. I denna teori skapar evolutionen av ett skalärt fält toppar som blir kärnbildningspunkter som gör att uppblåsande delar av rymden utvecklas till "bubbeluniversum", vilket gör universum fraktalt på de allra största skalorna. Alan Guths artikel från 2007 om "Evig inflation och dess implikationer" visar att denna mångfald av teorier om inflationsuniversum fortfarande övervägs på allvar idag. Inflation, i någon eller annan form, anses allmänt vara vår bästa tillgängliga kosmologiska modell.
Sedan 1986 har ett ganska stort antal olika kosmologiska teorier som uppvisar fraktala egenskaper föreslagits. Medan Lindes teori visar fraktalitet på skalor som sannolikt är större än det observerbara universum, är teorier som kausal dynamisk triangulering och den asymptotiska säkerhetsstrategin för kvantgravitation fraktal i den motsatta ytterligheten, i sfären av den ultra-liten nära Planck-skalan . Dessa nya teorier om kvantgravitation beskriver en fraktal struktur för rumtiden själv, och föreslår att dimensionaliteten av rymden utvecklas med tiden . Specifikt antyder de att verkligheten är 2D på Planck-skalan, och att rumtiden gradvis blir 4D i större skalor.
Den franske matematikern Alain Connes har arbetat i ett antal år för att förena generell relativitetsteori med kvantmekanik med hjälp av icke-kommutativ geometri . Fraktalitet uppstår också i detta synsätt på kvantgravitation. En artikel av Alexander Hellemans i augusti numret av Scientific American citerar Connes som säger att nästa viktiga steg mot detta mål är att "försöka förstå hur rymden med bråkdimensioner kopplar ihop med gravitation." Connes och fysikern Carlo Rovellis arbete antyder att tid är en framväxande egenskap eller uppstår naturligt i denna formulering, medan det i kausal dynamisk triangulering är att välja de konfigurationer där intilliggande byggstenar delar samma riktning i tid är en väsentlig del av "receptet". Båda tillvägagångssätten tyder på att själva rymdens struktur är fraktal.
Se även
Anteckningar
- Rassem, M. och Ahmed E., "On Fractal Cosmology", Astro. Phys. Lett. Commun. (1996), 35, 311.