Na našo veliko žalost nimamo priložnosti, da bi se spet vrnili nazaj in videli, kako se je Vesolje razvilo v prvih minutah svojega življenja. Z matematiko in podatki opazovanja najboljši možgani na planetu gradijo najbolj drzne modele. Eden od njih je kozmična inflacija.
Inflacijska teorija ali inflacijski model vesolja združuje ideje kvantne fizike in fizike delcev, da bi raziskali zgodnje trenutke vesolja takoj po velikem udaru. Vesolje se je po njenih besedah oblikovalo v zelo nestabilnem stanju, kar je v prvih trenutkih izzvalo njegovo hitro širitev. Ena od posledic tega širjenja je, da je vesolje veliko večje, kot smo prvotno predvidevali, in se razteza veliko dlje, kot lahko vidijo naši teleskopi. Poleg tega ta teorija napoveduje nekatere lastnosti, ki niso pojasnjene v okviru teorije velikega poka, kot so enakomerna porazdelitev energije in geometrija ravne prostor-čas.
Teorijo inflacijskega vesolja je leta 1980 razvil fizik Alan Guth. Danes velja za splošno sprejet del teorije velikega poka, čeprav so bile osrednje ideje slednjih oblikovane veliko prej, kot je bila formulirana inflacijska teorija.
Kako se je vse začelo
Teorija velikega poka se je skozi leta izkazala za zelo uspešno - zlasti glede na to, da je bila potrjena z odkritjem sevanja ozadja (mikrovalovno ozadje). Kljub velikemu uspehu te teorije pri razlagi večine vidikov v vesolju so ostale tri težave:
Zdi se, da model Big Bang napoveduje ukrivljeno vesolje, v katerem je bila energija razporejena neenakomerno in v kateri je bilo veliko magnetnih monopolov. Vendar se nič od tega ni ujemalo s podatki.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Fizik Alan Guth je prvič spoznal problem ploskosti na predavanju Roberta Dicka na univerzi Cornell leta 1978. V naslednjih letih je Guth v to situacijo uporabil koncepte iz fizike delcev in razvil inflacijski model zgodnjega vesolja.
23. januarja 1980 je Guth svoje ugotovitve predstavil na predavanju v Nacionalnem laboratoriju za pospeševanje SLAC. Njegova revolucionarna ideja je bila, da bi se načela kvantne fizike iz samega jedra fizike delcev lahko uporabila v prvih dneh Velikega poka. Po njegovem bi moralo imeti vesolje visoko energijsko gostoto. Po termodinamiki naj bi gostota vesolja povzročila, da se bo širila z neverjetno hitrostjo.
Pravzaprav bi po takratnem novem modelu vesolje moralo nastati v "lažnem vakuumu" in v odsotnosti Higgsovega mehanizma (z drugimi besedami, Higgsov bozon ni obstajal). Morala je skozi proces hipotermije v iskanju stabilnega nizkoenergijskega stanja ("pravega vakuuma", v katerem deluje Higgsov mehanizem) - in to je sprožilo obdobje hitre širitve.
Kako hitra je? Glede na model se je vesolje podvojilo vsakih 10-35 sekund. Tako bi se v prvih 10–30 sekundah po velikem udaru v velikosti podvojilo 100 tisočkrat, kar je več kot dovolj, da razložimo problem ploskosti. Tudi če bi imelo vesolje že na začetku nekaj ukrivljenosti, bi ta stopnja širjenja privedla do tega, da bi danes vse izgledalo ravno. (Upoštevajte, da je Zemlja dovolj velika, da se nam zdi ravna, čeprav vemo, da je površina, na kateri stojimo, ukrivljena, da tvori sferični objekt.)
Kvantna nihanja, ki se pojavijo med inflacijo, se res raztezajo po vsem vesolju. V svoji obsežni manifestaciji inflacija vodi v dejstvo, da vesolje postane ravno in izgubi svojo zgodnjo ukrivljenost / E. Siegel / On the Galaxy.
Poleg tega se energija porazdeli tako enakomerno zaradi dejstva, da smo bili na samem začetku zelo majhen del Vesolja, ki se je tako hitro razširilo, da tudi če bi prišlo do pomembnih nepravilnosti pri distribuciji energije, bi bile za nas predaleč bi jih lahko opazil ali začutil. To pa služi kot rešitev problema homogenosti.
Razvoj teorije
Po besedah samega Alana Gutha je bil problem s teorijo ta, da ko bo inflacija začela, bo morala nadaljevati v nedogled. Znanstveniki niso zasledili nobenega namigovanja o kakšnem izrazitem mehanizmu za "izklop" tega procesa.
Tudi, če bi se prostor s to hitrostjo nenehno širil, potem ideja, ki jo je prej izrazil Sidney Coleman, ne bi delovala. Coleman je napovedal, da se bodo med faznimi prehodi v zgodnjem vesolju oblikovali majhni mehurčki, ki so se med seboj združili. Ob prisotnosti inflacije bi se mehurčki prehitro odmikali drug od drugega, ne da bi se imeli časa kombinirati.
Sovjetski fizik Andrei Linde je opozoril na ta problem. Preučil ga je in ugotovil, da obstaja še ena razlaga, ki ponuja rešitev tega problema. Hkrati - še vedno osemdeseta - sta se na drugi strani železne zavese Andreas Albrecht in Paul Steinhardt sama odločila za podobno odločitev.
Andrey Linde / LA Cicero.
Bistvo je, da je v prvotnem Guthovem modelu lahko nastalo več kot eno inflacijsko območje, ki bi lahko posledično trčilo. V tem primeru je bil rezultat neurejen prostor, v katerem imata sevanje in snov nehomogeno gostoto. To sploh ni bilo v skladu s tistim, kar smo opazili v resnici. Linde, Albrecht in Steinhardt so spremenili enačbo skalarnega polja - in vse je imelo smisel. Po tej rešitvi je naše opazovano vesolje nastalo iz enega samega vakuumskega mehurčka, ki se je ločil od drugih inflacijskih območij prostora. Gre za nepredstavljive - po vseh standardih - ogromne razdalje.
Tako drugačna teorija inflacije
Inflacijska teorija ima več imen. Na primer, kozmološka inflacija, kozmična inflacija, inflacija, stara inflacija (kot se imenuje prvotna različica teorije Alana Gutha), nova inflacijska teorija (model, ki so ga razvili Linde, Albrecht in Steinhardt).
Obstajata tudi dve tesni različici teorije: kaotična teorija inflacije in večna inflacija. V teh teorijah se mehanizem inflacije ni zgodil samo enkrat - takoj po velikem udaru -, ampak se vedno znova in znova dogaja v različnih vesoljskih regijah. Ti modeli predvidevajo hitro naraščajoče število "vesoljskih mehurčkov", ki so del multiverse ali multiverse. Nekateri fiziki ugotavljajo, da so te napovedi prisotne v vseh različicah inflacijskega modela vesolja, zato jih ne štejejo za različne teorije.
Vladimir Guillen