K našej veľkej ľútosti nemáme príležitosť previnúť čas späť a vidieť, ako sa vesmír vyvíjal v prvých minútach svojho života. Použitím matematických a observačných údajov najlepšie mozgy na planéte vytvárajú najodvážnejšie modely. Jednou z nich je kozmická inflácia.
Inflačná teória alebo inflačný model vesmíru kombinuje myšlienky z kvantovej fyziky a fyziky častíc, aby preskúmala počiatočné momenty vesmíru hneď po Veľkom tresku. Podľa nej bol vesmír utvorený vo veľmi nestabilnom stave, čo vyvolalo jeho rýchlu expanziu v prvých chvíľach. Jedným z dôsledkov tejto expanzie je to, že vesmír je omnoho väčší, ako sa pôvodne predpokladalo, a siaha oveľa ďalej, ako vidia naše teleskopy. Okrem toho táto teória predpovedá niektoré vlastnosti, ktoré nie sú vysvetlené v rámci teórie Veľkého tresku, ako napríklad rovnomerné rozloženie energie a geometria plochého času a času.
Teóriu inflačného vesmíru vyvinul fyzik Alan Guth v roku 1980. Dnes sa považuje za všeobecne akceptovanú súčasť teórie Veľkého tresku, aj keď jeho hlavné myšlienky boli stanovené oveľa skôr, ako bola formulovaná inflačná teória.
Ako to všetko začalo
Teória Veľkého tresku sa v priebehu rokov ukázala ako veľmi úspešná - najmä vzhľadom na to, že sa to potvrdilo objavením pozadia žiarenia (mikrovlnné pozadie). Napriek veľkému úspechu tejto teórie pri vysvetľovaní väčšiny aspektov pozorovaných vo vesmíre však zostali tri problémy:
Zdalo sa, že model Veľkého tresku predpovedá zakrivený vesmír, v ktorom bola energia distribuovaná nerovnomerne a v ktorej bolo veľa magnetických monopolov. Nič z toho však nezodpovedalo údajom.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Fyzik Alan Guth sa o probléme plochosti prvýkrát dozvedel na prednáške Roberta Dicka na Cornellskej univerzite v roku 1978. V nasledujúcich rokoch Guth aplikoval na túto situáciu koncepty z fyziky častíc a vyvinul inflačný model raného vesmíru.
23. januára 1980 Guth prezentoval svoje zistenia na prednáške v Národnom akcelerátorovom laboratóriu SLAC. Jeho revolučnou myšlienkou bolo, že princípy kvantovej fyziky od samého srdca časticovej fyziky sa dajú aplikovať na prvé dni Veľkého tresku. Podľa neho mal mať vesmír vysokú hustotu energie. Podľa termodynamiky mala hustota vesmíru spôsobiť neuveriteľnú mieru expanzie.
V skutočnosti by sa podľa nového modelu v tom čase mal vesmír objaviť v „falošnom vákuu“a bez Higgsovho mechanizmu (inými slovami, Higgsov bozón neexistoval). Musela prejsť procesom podchladenia pri hľadaní stabilného nízkoenergetického stavu („skutočné vákuum“, v ktorom funguje Higgsov mechanizmus) - a to vyvolalo obdobie rýchlej expanzie.
Ako rýchlo to je? Podľa modelu sa vesmír zdvojnásobil každých 10-35 sekúnd. V prvých 10 - 30 sekundách po Veľkom tresku by sa teda veľkosť stonásobne zdvojnásobila, čo je viac ako dosť na vysvetlenie problému plochosti. Aj keď vesmír mal na začiatku určité zakrivenie, tento stupeň expanzie by viedol k skutočnosti, že dnes by všetko vyzeralo byť ploché. (Všimnite si, že Zem je dosť veľká na to, aby vyzerala plocho, aj keď vieme, že povrch, na ktorom stojíme, je zakrivený, aby vytvoril sférický objekt.)
Kvantové výkyvy, ktoré sa vyskytujú počas inflácie, sa skutočne tiahnu celým vesmírom. Vo svojom veľkom prejave inflácia vedie k skutočnosti, že vesmír sa vyrovnáva a stráca svoje predčasné zakrivenie / E. Siegel / Za galaxiou.
Okrem toho je energia distribuovaná tak rovnomerne, pretože hneď na začiatku sme boli veľmi malou časťou vesmíru, ktorý sa rozšíril tak rýchlo, že aj keby sa vyskytli významné nezrovnalosti v distribúcii energie, boli by pre nás príliš ďaleko. si ich mohol všimnúť alebo cítiť. Toto zasa slúži ako riešenie problému homogenity.
Vývoj teórie
Podľa samotného Alana Gutha bol problém s teóriou taký, že akonáhle inflácia začne, bude musieť pokračovať donekonečna. Vedci nevideli žiadne náznaky akýchkoľvek odlišných mechanizmov na „vypnutie“tohto procesu.
Aj keby sa priestor týmto tempom neustále rozširoval, myšlienka, ktorú predtým vyjadril Sidney Coleman, by nefungovala. Coleman predpovedal, že počas fázových prechodov v ranom vesmíre sa vytvorili malé bubliny, ktoré sa navzájom spájali. V prípade inflácie by sa bubliny od seba vzdialili príliš rýchlo bez toho, aby mali čas sa zjednotiť.
Sovietsky fyzik Andrei Linde upozornil na tento problém. Študoval to a zistil, že existuje iný výklad, ktorý poskytuje riešenie tohto problému. V rovnakom čase - ešte v osemdesiatych rokoch - na druhej strane železnej opony, Andreas Albrecht a Paul Steinhardt dospeli k podobnému rozhodnutiu sami.
Andrey Linde / LA Cicero.
Ide o to, že v pôvodnom Guthovom modeli sa umožnilo vzniknúť viac ako jedna inflačná oblasť, ktorá sa následne mohla zrážať. V tomto prípade bol výsledkom narušený priestor, v ktorom žiarenie a hmota mali nehomogénnu hustotu. To vôbec nebolo v súlade s tým, čo sa pozorovalo v skutočnosti. Linde, Albrecht a Steinhardt zmenili rovnicu skalárneho poľa - a to malo zmysel. Podľa tohto riešenia náš pozorovateľný vesmír pochádza z jedinej vákuovej bubliny, ktorá sa oddelila od iných inflačných oblastí vesmíru. Ide o nepredstaviteľné - podľa všetkých štandardov - obrovské vzdialenosti.
Taká iná teória inflácie
Inflačná teória má niekoľko mien. Napríklad kozmologická inflácia, kozmická inflácia, inflácia, stará inflácia (ako sa nazýva pôvodná verzia teórie Alana Gutha), nová inflačná teória (model vyvinutý Linde, Albrecht a Steinhardt).
Existujú tiež dve úzke verzie teórie: chaotická teória inflácie a večná inflácia. V týchto teóriách sa inflačný mechanizmus nestalo iba raz - hneď po Veľkom tresku -, ale stáva sa to znova a znova v rôznych oblastiach vesmíru. Tieto modely predpokladajú rýchlo rastúci počet „bublinových vesmírov“, ktoré sú súčasťou multiverse alebo multiverse. Niektorí fyzici poznamenávajú, že tieto predpovede sú prítomné vo všetkých verziách inflačného modelu vesmíru, a preto ich nepovažujú za odlišné teórie.
Vladimir Guillen