Descrierea și originea teoriei inflației

Teoria inflației reunește idei din fizică cuantică și Fizica particulelor pentru a explora primele momente ale universului, urmând big bang-ul. Conform teoriei inflației, universul a fost creat într-o stare de energie instabilă, ceea ce a forțat o expansiune rapidă a universului în primele sale momente. O consecință este că universul este mult mai mare decât se aștepta, mult mai mare decât dimensiunea pe care o putem observa cu telescoapele noastre. O altă consecință este că această teorie prezice câteva trăsături - cum ar fi distribuția uniformă a energiei și geometria plană a spațiu timp- care nu a fost explicat anterior în cadrul documentului Teoria Big Bang.

Dezvoltată în 1980 de către fizicianul de particule Alan Guth, teoria inflației este considerată astăzi în general o componentă larg acceptată a celor mari teoria bang-ului, chiar dacă ideile centrale ale teoriei big bang-ului au fost bine stabilite cu ani înainte de dezvoltarea inflației teorie.

Teoria Big Bang

• Problema de omogenitate (sau, „De ce universul a fost atât de incredibil de uniformă la doar o secundă de la big bang ?;”, întrucât întrebarea este prezentată în Univers fără sfârșit: Dincolo de Big Bang)
• Problema flatitudinii
• Supraproducția prevăzută a monopoluri magnetice

Modelul big bang părea să prezice un univers curbat în care energia nu era distribuită deloc în mod egal și în care existau o mulțime de monopole magnetice, niciuna dintre acestea nu se potrivea cu dovezile.

Fizicianul de particule Alan Guth a aflat pentru prima dată despre problema flatanței într-o prelegere din 1978 la Universitatea Cornell de Robert Dicke. În următorii câțiva ani, Guth a aplicat concepte de la fizica particulelor la situație și a dezvoltat un model de inflație al universului timpuriu.

Guth și-a prezentat concluziile la o prelegere din 23 ianuarie 1980 la Stanford Linear Accelerator Center. Ideea sa revoluționară a fost că principiile fizicii cuantice din centrul fizicii particulelor ar putea fi aplicate în primele momente ale creației big bang. Universul ar fi fost creat cu o densitate energetică ridicată. Termodinamica dictează că densitatea universului ar fi obligat-o să se extindă extrem de rapid.

Pentru cei care sunt interesați de mai multe detalii, în esență universul ar fi fost creat într-un „vid fals”, cu mecanismul Higgs oprit (sau, altfel spus, Bosonul Higgs nu exista). Ar fi trecut printr-un proces de supraînvelire, căutând o stare stabilă de energie mai mică (un „adevărat vid” în care mecanismul Higgs a fost pornit) și acest proces de supraîncărcare a condus perioada inflaționistă rapidă expansiune.

Cât de repede? Universul s-ar fi dublat ca mărime la fiecare 10 ani^-35 secunde. În termen de 10^-30 secunde, universul s-ar fi dublat ca mărime de 100.000 de ori, ceea ce este o extindere mai mult decât suficientă pentru a explica problema flatății. Chiar dacă universul ar avea curbură la început, acea extindere multă ar face ca astăzi să apară plat. (Considerați că dimensiunea Pământului este suficient de mare încât ni se pare plană, chiar dacă știm că suprafața pe care stăm este curbă în afara unei sfere.)

În mod similar, energia este distribuită în mod uniform, deoarece atunci când a început, eram o parte foarte mică a universului, iar acea parte a universul s-a extins atât de repede încât, dacă ar exista distribuții inegale majore de energie, ele ar fi prea departe pentru noi percepe. Aceasta este o soluție la problema omogenității.

Problema cu teoria, în măsura în care Guth ar putea spune, a fost că, odată cu începerea inflației, aceasta va continua pentru totdeauna. Părea să nu existe un mecanism clar de oprire.

De asemenea, dacă spațiul s-ar extinde continuu la acest ritm, atunci o idee anterioară despre universul timpuriu, prezentată de Sidney Coleman, nu ar funcționa. Coleman a prezis că tranzițiile de fază în universul timpuriu au avut loc prin crearea de bule minuscule care se împleteau între ele. Odată cu inflația în vigoare, bulele minuscule se îndepărtau unul de celălalt prea repede pentru a se lega vreodată.

Fascinat de perspectivă, fizicianul rus Andre Linde a atacat această problemă și și-a dat seama că există o altă interpretare care a avut grijă de această problemă, în timp ce de această parte a cortină de fier (aceasta a fost anii 1980, amintiți-vă) Andreas Albrecht și Paul J. Steinhardt a venit cu o soluție similară.

Această variantă mai nouă a teoriei este cea care a căpătat cu adevărat tracțiune de-a lungul anilor 1980 și a devenit în cele din urmă parte a teoriei consacrate de big bang.

Teoria inflației urmează mai multe nume, printre care:

• inflația cosmologică
• inflație cosmică
• umflare
• inflație veche (versiunea originală a teoriei din 1980 a lui Guth)
• noua teorie a inflației (numele soluției pentru versiunea cu problema balonului este rezolvat)
• inflație lentă (numele versiunii cu problema cu bule a fost rezolvat)

Există, de asemenea, două variante strâns legate de teorie, inflație haotică și inflație eternă, care au unele distincții minore. În aceste teorii, mecanismul inflației nu s-a întâmplat doar o singură dată imediat după marele moment, ci mai degrabă se întâmplă în mod repetat în diferite regiuni ale spațiului. Ele prezintă un număr care se înmulțește rapid cu „universuri cu bule” ca parte a multiversului. Unii fizicieni subliniază că aceste preziceri sunt prezente în toate versiuni ale teoriei inflației, deci nu le considerați cu adevărat teorii.

Fiind o teorie cuantică, există o interpretare pe teren a teoriei inflației. În această abordare, mecanismul de conducere este câmp gonflabil sau particule de inflat.

Notă: În timp ce conceptul de energie întunecată în teoria cosmologică modernă accelerează și expansiunea universului, mecanismele implicate par a fi foarte diferite de cele implicate în teoria inflației. Un domeniu de interes pentru cosmologi este modul în care teoria inflației ar putea conduce la intuiții asupra energiei întunecate sau invers.