Nagyon sajnálatos, hogy nincs lehetőségünk visszatekerni az időt és megnézni, hogyan fejlődött az Univerzum életének első percében. A matematika és a megfigyelési adatok felhasználásával a bolygó legjobb elméi építik a legmerészebb modelleket. Az egyik a kozmikus infláció.
Az inflációs elmélet vagy az univerzum inflációs modellje egyesíti a kvantumfizika és a részecskefizika ötleteit, hogy felfedezzék a világegyetem korai pillanatait közvetlenül a Nagyrobbanás után. Elmondása szerint az Univerzum nagyon instabil állapotban alakult ki, amely az első pillanatokban provokálta gyors terjeszkedését. Ennek a kiterjesztésnek az egyik következménye az, hogy a világegyetem sokkal nagyobb, mint az eredetileg várták, és sokkal tovább nyúlik, mint a mi távcsöveink láthatják. Ezenkívül ez az elmélet olyan tulajdonságokat, például az egyenletes energiaeloszlást és a lapos tér-idő geometriát, előrejelzést ad, amelyeket a Big Bang elmélete nem magyaráz meg.
Az inflációs univerzum elméletét Alan Guth fizikus dolgozta ki 1980-ban. Manapság a Big Bang elmélet általánosan elfogadott részének tekintik, annak ellenére, hogy az utóbbi központi ötleteit jóval korábban hozták létre, mint az inflációs elmélet megfogalmazásakor.
Hogy kezdődött az egész
A Nagyrobbanás elmélete az évek során nagyon sikeresnek bizonyult - különösen, ha azt megerősítették a háttér sugárzás felfedezésével (mikrohullámú háttér). Annak ellenére, hogy ennek az elméletnek az a világegyetemben megfigyelt aspektusok nagy részének magyarázata nagy sikere volt, három probléma maradt fenn:
Úgy tűnt, hogy a Nagy Bang modell egy olyan ívelt univerzumot jósol, amelyben az energia egyenetlenül oszlik meg, és amelyben sok mágneses monopol található. Ez azonban egyik sem felel meg az adatoknak.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Alan Guth fizikus először a laposság problémájáról tanulmányozta Robert Dick előadásán, a Cornell Egyetemen 1978-ban. Az ezt követő években Guth a részecskefizikáról alkalmazott fogalmakat alkalmazta erre a helyzetre és kidolgozta a korai világegyetem inflációs modelljét.
1980. január 23-án Guth egy előadást mutatott be a SLAC Nemzeti Gyorsító laboratóriumában. Forradalmi gondolata az volt, hogy a kvantumfizika alapelveit a részecskefizika szívéből a Big Bang korai napjaiban lehet alkalmazni. Elmondása szerint az univerzumnak nagy energia sűrűségűnek kellett volna lennie. A termodinamika szerint az univerzum sűrűségének hihetetlen sebességgel kellett volna tágulnia.
Valójában az akkori új modell szerint az Univerzumnak "hamis vákuumban" kellett volna létrejönnie, és a Higgsi mechanizmus hiányában (más szavakkal, a Higg-bozon nem létezett). A hipotermia folyamatán keresztül kellett mennie egy stabil alacsony energiájú állapot keresése érdekében (az „igazi vákuum”, amelyben a Higgsi mechanizmus működik) - és ez indította el a gyors terjeszkedés időszakát.
Mennyire gyors? A modell szerint az univerzum 10-35 másodpercenként megduplázódott. Így a nagy robbanás utáni első 10–30 másodpercben a mérete 100-szor megduplázódott volna, és ez már elég, hogy megmagyarázza a laposság problémáját. Még ha a világegyetem legelején is lenne valamilyen görbület, ez a kiterjedés ahhoz a tényhez vezet, hogy ma minden laposnak tűnik. (Vegye figyelembe, hogy a Föld elég nagy ahhoz, hogy nekünk síknak tűnjön, bár tudjuk, hogy a felület, amelyen állunk, gömb alakú objektumot képez.)
Az infláció során bekövetkező kvantumingadozások valóban az egész világegyetemre kiterjednek. A nagyszabású megnyilvánulásakor az infláció ahhoz a tényhez vezet, hogy a világegyetem síkossá válik és elveszíti korai görbületét / E. Siegel / A galaxison túl.
Ezenkívül az energia eloszlása olyan egyenletes, mivel a legelején az univerzum nagyon kicsi részét képeztük, amely olyan gyorsan bővült, hogy még ha az energia eloszlásában is jelentős szabálytalanságok lennének, akkor azok túl messze lennének tőlünk. észrevette vagy érezte volna őket. Ez viszont megoldást jelent a homogenitási problémára.
Az elmélet fejlesztése
Maga Alan Guth szerint az elmélet problémája az volt, hogy ha egyszer elindult az infláció, akkor határozatlan időre kellene folytatódnia. A tudósok nem láttak semmiféle utalást az e folyamat "kikapcsolására" szolgáló külön mechanizmusokra.
Ezenkívül, ha a tér folyamatosan növekszik ilyen sebességgel, akkor Sidney Coleman által korábban kifejtett ötlet nem lett volna képes. Coleman azt jósolta, hogy a korai univerzumban a fázisátmenetek során kis buborékok képződnek, amelyek összeolvadnak egymással. Infláció jelenlétében a buborékok túl gyorsan elmozdulnak egymástól, anélkül, hogy idő lenne egyesülni.
Andrei Linde szovjet fizikus felhívta a figyelmet erre a problémára. Megvizsgálta és megállapította, hogy van egy másik értelmezés is, amely megoldást kínál erre a problémára. Ugyanakkor - még az 1980-as években - a vasfüggöny másik oldalán Andreas Albrecht és Paul Steinhardt önmagában hasonló döntést hozott.
Andrey Linde / LA Cicero.
A lényeg az, hogy az eredeti Guth-modellben egynél több inflációs terület megengedett, amely viszont összeütközhet. Ebben az esetben az eredmény rendezetlen tér volt, amelyben a sugárzás és az anyag inhomogén sűrűségű. Ez egyáltalán nem volt összhangban a valóságban megfigyelttel. Linde, Albrecht és Steinhardt megváltoztatta a skaláris mező egyenletét - és ennek mindennek volt értelme. E megoldás szerint megfigyelhető világegyetemünk egyetlen vákuumbuborékból származik, amely elválasztotta a tér más inflációs régióit. Elképzelhetetlen - minden szempontból - hatalmas távolságról szól.
Az infláció ilyen eltérő elmélete
Az inflációs elméletnek több neve is van. Például: kozmológiai infláció, kozmikus infláció, infláció, régi infláció (Alan Guth elmélet eredeti változatának nevezik), új inflációs elmélet (Linde, Albrecht és Steinhardt által kidolgozott modell).
Az elméletnek két szoros változata is van: az infláció kaotikus elmélete és az örök infláció. Ezekben az elméletekben az inflációs mechanizmus nem csak egyszer történt meg - közvetlenül a Nagyrobbanás után -, hanem újra és újra megtörténik az űr különböző régióiban. Ezek a modellek feltételezik, hogy gyorsan növekszik a „multiverse” vagy a „multiverse” részét képező „buborék univerzumok” száma. Egyes fizikusok megjegyzik, hogy ezek a jóslatok az univerzum inflációs modelljének minden változatában megtalálhatók, és ezért nem tekintik őket különféle elméleteknek.
Vladimir Guillen