Til vores store beklagelse har vi ikke mulighed for at spole tiden tilbage og se, hvordan universet udviklede sig i de første minutter af sit liv. Ved hjælp af matematik og observationsdata bygger de bedste sind på planeten de mest dristige modeller. En af dem er kosmisk inflation.
Inflationsteorien eller universets inflationsmodel kombinerer ideer fra kvantefysik og partikelfysik for at udforske universets tidlige øjeblikke lige efter Big Bang. Ifølge hende blev universet dannet i en meget ustabil tilstand, hvilket provokerede sin hurtige ekspansion i de allerførste øjeblikke. En af konsekvenserne af denne udvidelse er, at universet er meget større end oprindeligt forventet, og det strækker sig meget længere, end vores teleskoper kan se. Derudover forudsiger denne teori nogle egenskaber, der ikke er forklaret inden for rammerne af Big Bang-teorien, såsom ensartet energifordeling og fladtidsgeometri.
Teorien om et inflatorisk univers blev udviklet af fysiker Alan Guth i 1980. I dag betragtes det som en almindelig accepteret del af Big Bang-teorien, selvom de centrale ideer fra sidstnævnte blev etableret meget tidligere end inflationsteorien blev formuleret.
Hvordan det hele startede
Big Bang-teorien har vist sig at være meget succesrig gennem årene - især i betragtning af at den blev bekræftet gennem opdagelsen af baggrundsstrålingen (mikrobølgebakgrund). På trods af denne teoris store succes med at forklare de fleste aspekter, der er observeret i universet, forblev der dog tre problemer:
Big Bang-modellen så ud til at forudsige et buet univers, hvor energi blev fordelt ujævnt, og hvor der var mange magnetiske monopoler. Intet af dette matchede dog dataene.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Fysikeren Alan Guth lærte først om problemet med fladhed på et foredrag af Robert Dick på Cornell University i 1978. I de følgende år anvendte Guth begreber fra partikelfysik til denne situation og udviklede en inflationsmodel for det tidlige univers.
Den 23. januar 1980 præsenterede Guth sine fund i et foredrag på SLAC National Accelerator Laboratory. Hans revolutionerende idé var, at principperne for kvantefysik fra hjertet af partikelfysikken kunne anvendes til de tidlige dage af Big Bang. Ifølge ham skulle universet have haft en høj energitæthed. Ifølge termodynamik skulle universets tæthed have fået det til at udvide sig med en utrolig hastighed.
Ifølge den nye model på det tidspunkt skulle universet faktisk have opstået i et "falskt vakuum" og i fravær af Higgs-mekanismen (med andre ord, Higgs-boson eksisterede ikke). Hun var nødt til at gennemgå en proces med hypotermi på jagt efter en stabil lavenergitilstand (det "ægte vakuum", som Higgs-mekanismen fungerer i) - og det var det, der udløste en periode med hurtig ekspansion.
Hvor hurtigt er det? Ifølge modellen blev universet fordoblet hvert 10-35 sekund. I de første 10-30 sekunder efter Big Bang ville den således være fordoblet i størrelse 100 tusind gange, og dette er mere end nok til at forklare problemet med fladhed. Selv hvis universet havde en bestemt krumning helt i begyndelsen, ville denne udvidelsesgrad føre til det faktum, at i dag alt ville se fladt ud. (Bemærk, at Jorden er stor nok til at få den til at se flad ud for os, selvom vi ved, at overfladen, vi står på, er buet til at danne et sfærisk objekt.)
De kvanteudsving, der opstår under inflationen, strækker sig faktisk over hele universet. I sin storskala manifestation fører inflation til, at universet bliver fladt og mister sin tidlige krumning / E. Siegel / Beyond the Galaxy.
Derudover distribueres energien så jævnt på grund af det faktum, at vi i begyndelsen var en meget lille del af universet, som ekspanderede så hurtigt, at selv hvis der var betydelige uregelmæssigheder i distributionen af energi, ville de være for langt fra os for os kunne have bemærket eller følt dem. Dette fungerer igen som en løsning på homogenitetsproblemet.
Udvikling af teori
Ifølge Alan Guth selv var problemet med teorien, at når inflationen startede, ville den skulle fortsætte på ubestemt tid. Forskere har ikke set nogen antydninger til nogen særlig mekanisme til at "slukke" denne proces.
Hvis rummet konstant udvides med denne hastighed, ville ideen, som Sidney Coleman tidligere udtrykte, ikke have fungeret. Coleman forudsagde, at der dannes små bobler under faseovergange i det tidlige univers, som fusionerede med hinanden. I nærværelse af inflation ville boblerne bevæge sig væk fra hinanden for hurtigt uden at have tid til at forene sig.
Den sovjetiske fysiker Andrei Linde gjorde opmærksom på dette problem. Han studerede det og fandt, at der er en anden fortolkning, der giver en løsning på dette problem. På samme tid - det var stadig 1980'erne - på den anden side af jerntæppet kom Andreas Albrecht og Paul Steinhardt til en lignende beslutning på egen hånd.
Andrey Linde / LA Cicero.
Pointen er, at i den originale Guth-model fik mere end et inflationsområde lov til at opstå, hvilket igen kunne kollidere. I dette tilfælde var resultatet et uordenelt rum, hvor stråling og stof har en inhomogen tæthed. Dette var slet ikke i overensstemmelse med det, der blev observeret i virkeligheden. Linde, Albrecht og Steinhardt ændrede den skalære feltligning - og det hele gav mening. I henhold til denne løsning stammer vores observerbare univers fra en enkelt vakuumboble, der adskiltes fra andre inflationære regioner i rummet. Det handler om ufattelig afstand - af alle standarder - enorme afstande.
En sådan anden teori om inflation
Inflationsteorien har flere navne. For eksempel kosmologisk inflation, kosmisk inflation, inflation, gammel inflation (som den originale version af Alan Guths teori kaldes), ny inflationsteori (modellen udviklet af Linde, Albrecht og Steinhardt).
Der er også to nære versioner af teorien: den kaotiske teori om inflation og evig inflation. I disse teorier forekom inflationsmekanismen ikke kun en gang - lige efter Big Bang - men den sker igen og igen i forskellige områder af rummet. Disse modeller antager et hurtigt voksende antal "bobleuniverser", der er en del af Multiverse eller Multiverse. Nogle fysikere bemærker, at disse forudsigelser er til stede i alle versioner af universets inflationsmodel og betragter dem derfor ikke som forskellige teorier.
Vladimir Guillen