Meie kahetsusväärseks, et meil pole võimalust aega tagasi kerida ja vaadata, kuidas Universum oma elu esimestel minutitel arenes. Matemaatikat ja vaatlusandmeid kasutades saavad planeedi parimad mõtted kõige julgemad mudelid. Üks neist on kosmiline inflatsioon.
Inflatsiooniteooria ehk universumi inflatsioonimudel ühendab kvantfüüsika ja osakeste füüsika ideid, et uurida universumi varajasemaid hetki vahetult pärast Suurt Pauku. Tema sõnul moodustati Universum väga ebastabiilses olekus, mis provotseeris selle kiire laienemise juba esimestel hetkedel. Selle laienemise üks tagajärgi on see, et universum on palju suurem, kui algselt arvati, ja see ulatub palju kaugemale, kui meie teleskoobid näevad. Lisaks ennustab see teooria mõnda omadust, mida Suure Paugu teooria raames ei selgitata, näiteks ühtlast energiajaotust ja tasast ruumi-aja geomeetriat.
Inflatsioonilise universumi teooria töötas välja füüsik Alan Guth 1980. aastal. Tänapäeval peetakse seda Suure Paugu teooria üldtunnustatud osaks, ehkki viimase kesksed ideed loodi palju varem kui inflatsiooniteooria sõnastati.
Kuidas see kõik alguse sai
Suure Paugu teooria on aastate jooksul osutunud väga edukaks - eriti arvestades seda, et seda kinnitati taustkiirguse (mikrolaine taust) avastamise kaudu. Hoolimata selle teooria suurest edust enamiku universumis täheldatud aspektide selgitamisel, jäi siiski alles kolm probleemi:
Suure Paugu mudel näis ennustavat kõverjoonelist universumit, milles energia jaotati ebaühtlaselt ja milles oli palju magnetilisi monopole. Ükski neist ei vastanud andmetele.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Füüsik Alan Guth õppis tasasuse probleemi esmakordselt Robert Dicki loengul Cornelli ülikoolis 1978. aastal. Järgnevatel aastatel rakendas Guth selles olukorras osakestefüüsikast pärit kontseptsioone ja töötas välja varase universumi inflatsioonimudeli.
23. jaanuaril 1980 esitas Guth oma leiud loengus SLACi riiklikus kiirendi laboris. Tema revolutsiooniline idee oli see, et kvantfüüsika põhimõtteid alates osakestefüüsikast võiks rakendada Suure Paugu algusaegadel. Tema sõnul pidanuks universum olema kõrge energiatihedusega. Termodünaamika järgi oleks universumi tihedus pidanud selle uskumatul kiirusel laienema.
Tegelikult oleks toona uue mudeli kohaselt pidanud Universum tekkima "vaakumis" ja Higgsi mehhanismi puudumisel (teisisõnu, Higgsi bosonit ei eksisteerinud). Ta pidi läbima hüpotermia protsessi, et otsida stabiilset madala energiatarbega olekut ("tõeline vaakum", milles Higgsi mehhanism töötab) - ja see käivitas kiire laienemise perioodi.
Kui kiire see on? Mudeli järgi kahekordistus universum iga 10-35 sekundi järel. Seega oleks esimese 10–30 sekundi jooksul pärast Suurt Pauku kahekordistunud suurus 100 tuhat korda ja see on enam kui piisav, et selgitada tasasuse probleemi. Isegi kui universumil oleks juba alguses üsna kõverus, viiks selline laienemine tõsiasja, et tänapäeval näib kõik lame. (Pange tähele, et Maa on piisavalt suur, et see näeks meile tasane, kuigi me teame, et pind, millel me seisame, on sfäärilise objekti moodustamiseks kõver.)
Inflatsiooni ajal esinevad kvant kõikumised ulatuvad tõepoolest kogu universumis. Oma suuremahulises manifestatsioonis viib inflatsioon tõsiasja, et universum muutub tasaseks ja kaotab oma varase kumeruse / E. Siegel / Beyond the Galaxy.
Lisaks sellele jaotatakse energia nii ühtlaselt tänu sellele, et alguses olime väga väike osa Universumist, mis laienes nii kiiresti, et isegi kui energia jaotamisel oleks olulisi ebakorrapärasusi, oleksid nad meie jaoks liiga kaugel oleks võinud neid märgata või tunda. See on omakorda lahendus homogeensuse probleemile.
Teooria areng
Alan Guthi enda sõnul oli teooria probleemiks see, et kui inflatsioon algas, peaks see kestma määramata aja. Teadlased pole näinud vihjeid ühegi eristatava mehhanismi kohta selle protsessi "väljalülitamiseks".
Samuti, kui kosmoselaius pidevalt selle kiirusega laieneks, poleks Sidney Colemani varem väljendatud idee teostunud. Coleman ennustas, et varajases universumis tekkisid faasisiirete ajal väikesed mullid, mis ühinesid omavahel. Inflatsiooni korral eemalduksid mullid üksteisest liiga kiiresti, ilma et oleks aega nende ühendamiseks.
Nõukogude füüsik Andrei Linde juhtis sellele probleemile tähelepanu. Ta uuris seda ja leidis, et sellele probleemile on lahendus ka teine tõlgendus. Samal ajal - see oli veel 1980-ndad aastad - jõudsid raudse eesriide teisel küljel Andreas Albrecht ja Paul Steinhardt iseseisvalt sarnasele otsusele.
Andrey Linde / LA Cicero.
Asi on selles, et Guthi algses mudelis lubati tekkida rohkem kui üks inflatsioonipiirkond, mis omakorda võib kokku põrgata. Sel juhul oli tulemuseks korratu ruum, milles kiirgus ja mateeria on ebaühtlase tihedusega. See polnud üldse kooskõlas tegelikkuses täheldatuga. Linde, Albrecht ja Steinhardt muutsid skalaarvälja võrrandit - ja see kõik oli mõistlik. Selle lahenduse kohaselt pärines meie vaadeldav universum ühest vaakumullist, mis eraldus teistest kosmose inflatsioonipiirkondadest. Asi on kujuteldamatu - kõigi standardite kohaselt - tohutute vahemaadega.
Selline erinev inflatsiooniteooria
Inflatsiooniteoorial on mitu nime. Näiteks kosmoloogiline inflatsioon, kosmiline inflatsioon, inflatsioon, vana inflatsioon (nagu Alan Guthi teooria algset versiooni nimetatakse), uus inflatsiooniteooria (Linde, Albrechti ja Steinhardti väljatöötatud mudel).
Teoorial on ka kaks lähedast versiooni: inflatsiooni kaootiline teooria ja igavene inflatsioon. Nendes teooriates ei toimunud inflatsioonimehhanism lihtsalt üks kord - kohe pärast suurt pauku -, vaid see kordub kosmose eri piirkondades ikka ja jälle. Need mudelid eeldavad kiiresti kasvavat arvu mulliuniversume, mis on osa Multiverse'ist ehk Multiverse'ist. Mõned füüsikud märgivad, et need ennustused esinevad universumi inflatsioonimudeli kõigis versioonides ja seetõttu ei pea nad neid erinevateks teooriateks.
Vladimir Guillen
