Inflācijas teorija apvieno idejas no kvantu fizika un daļiņu fizika izpētīt Visuma agrīnos mirkļus, sekojot lielajam sprādzienam. Saskaņā ar inflācijas teoriju Visums tika izveidots nestabilā enerģijas stāvoklī, kas agrīnos brīžos piespieda strauju Visuma paplašināšanos. Viena no sekām ir tā, ka Visums ir ievērojami lielāks, nekā paredzēts, daudz lielāks nekā izmērs, ko mēs varam novērot ar saviem teleskopiem. Citas sekas ir tādas, ka šī teorija paredz dažas pazīmes, piemēram, vienmērīgu enerģijas sadalījumu un plakano ģeometriju kosmosa laiks—Kas iepriekš netika izskaidrots lielā sprādziena teorija.
Inflācijas teoriju, ko 1980. gadā izstrādāja daļiņu fiziķis Alans Guts, mūsdienās parasti uzskata par plaši pieņemtu lielās sastāvdaļas sastāvdaļu sprādziena teorija, kaut arī lielās sprādziena teorijas galvenās idejas bija labi izveidotas vairākus gadus pirms inflācijas attīstības teorija.
Inflācijas teorijas pirmsākumi
lielā sprādziena teorija gadu gaitā ir izrādījies diezgan veiksmīgs, īpaši to apstiprinot, atklājot kosmisko mikroviļņu fona (CMB) starojumu. Neskatoties uz teorijas lielajiem panākumiem, lai izskaidrotu lielāko daļu Visuma aspektu, ko mēs redzējām, joprojām bija trīs galvenās problēmas:
- Viendabības problēma (vai: “Kāpēc Visums bija tik neticami vienmērīgs tikai vienu sekundi pēc lielā sprādziena?;”) Bezgalīgs Visums: aiz lielā sprādziena)
- Plakanuma problēma
- Paredzētā pārprodukcija magnētiskie monopoli
Likās, ka lielā sprādziena modelis paredzēja izliektu Visumu, kurā enerģija nebija vienmērīgi sadalīta un kurā bija daudz magnētisko monopolu, no kuriem neviens neatbilda pierādījumiem.
Daļiņu fiziķis Alans Gūts pirmo reizi uzzināja par plakanuma problēmu Roberta Dika 1978. gada lekcijā Kornela universitātē. Nākamo pāris gadu laikā Guta situācijā piemēroja jēdzienus no daļiņu fizikas un izstrādāja agrīnā Visuma inflācijas modeli.
Gūta savus atklājumus iepazīstināja 1980. gada 23. janvāra lekcijā Stenfordas lineārā paātrinātāja centrā. Viņa revolucionārā ideja bija tāda, ka kvantu fizikas principus, kas ir daļiņu fizikas pamatā, var izmantot lielās sprādziena radīšanas agrīnajos brīžos. Visums būtu izveidots ar augstu enerģijas blīvumu. Termodinamika nosaka, ka Visuma blīvums būtu piespiedis to ārkārtīgi strauji paplašināties.
Tiem, kurus interesē sīkāka informācija, visums būtībā būtu izveidots "viltus vakuumā" ar izslēgtu Higsa mehānismu (vai, citā veidā sakot, Higsa bozons neeksistēja). Būtu izgājis superdzesēšanas procesu, meklējot stabilu zemākas enerģijas stāvokli (“īstu vakuumu”, kurā ieslēdzās Higsa mehānisms), un tieši šis atdzesēšanas process strauji virzīja inflācijas periodu paplašināšana.
Cik ātri? Visuma lielums būtu divkāršojies ik pēc 10-35 sekundes. 10 gadu laikā-30 sekundes, Visuma izmērs būtu dubultojies 100 000 reižu, kas ir vairāk nekā pietiekami, lai izvērstu plakanuma problēmu. Pat ja Visumam būtu izliekums, kad tas sākās, tik liela izplešanās dēļ tas šodien parādītos plakans. (Ņemiet vērā, ka Zemes izmērs ir pietiekami liels, lai tas mums šķistu līdzens, kaut arī mēs zinām, ka virsma, uz kuras mēs stāvam, ir sfēras izliekta ārpuse.)
Tāpat enerģija tiek sadalīta tik vienmērīgi, jo, kad tā sākās, mēs bijām ļoti maza Visuma daļa, un šī Visums paplašinājās tik ātri, ka, ja notiktu kādi lielāki nevienmērīgi enerģijas sadalījumi, tie būtu pārāk tālu, lai mēs varētu uztvert. Tas ir viendabīguma problēmas risinājums.
Teorijas uzlabošana
Teorijas problēma, cik Guts varēja pateikt, bija tā, ka, sākoties inflācijai, tā turpināsies mūžīgi. Likās, ka nav noteikta skaidra slēgšanas mehānisma.
Turklāt, ja kosmoss nepārtraukti paplašinātos ar šādu ātrumu, tad Sidneja Kolemana iesniegtā iepriekšējā ideja par agrīno Visumu nedarbotos. Kolmens bija paredzējis, ka fāzu pārejas agrīnajā Visumā notika, izveidojot sīkus burbuļus, kas sakrita kopā. Tā kā inflācija bija ievietota, mazie burbuļi pārāk ātri attālinājās viens no otra, lai vienmēr saliptu.
Krievu fiziķis Andrejs Linde, fascinē izredzes, uzbruka šai problēmai un saprata, ka pastāv vēl viena interpretācija, kas rūpējas par šo problēmu, atrodoties šajā pusē dzelzs priekškars (tas bija 1980. gads, atcerieties) Andreass Albrehts un Pols Dž. Šteinhards nāca klajā ar līdzīgu risinājumu.
Šis jaunākais teorijas variants ir tāds, kurš 80. gados patiešām ieguva vilci un galu galā kļuva par daļu no iedibinātās lielā sprādziena teorijas.
Citi nosaukumi inflācijas teorijai
Inflācijas teorijai ir vairāki citi nosaukumi, tostarp:
- kosmoloģiskā inflācija
- kosmiskā inflācija
- inflācija
- veca inflācija (Gutas sākotnējā teorijas 1980. gada versija)
- jauna inflācijas teorija (nosaukums versijai ar fiksētu burbuļa problēmu)
- lēna ritināšana (tās versijas nosaukums, kurai ir novērsta burbuļa problēma)
Ir arī divi cieši saistīti teorijas varianti, haotiska inflācija un mūžīgā inflācija, kam ir dažas nelielas atšķirības. Šajās teorijās inflācijas mehānisms nenotika tikai tūlīt pēc lielā sprādziena, bet gan visu laiku notiek dažādos kosmosa reģionos. Tie ir strauji reizinošs skaits "burbuļu Visumu" kā daļa no multiverse. Daži fiziķi uzsver, ka šie pareģojumi pastāv visiem inflācijas teorijas versijas, tāpēc neuzskatiet tās par atšķirīgām teorijām.
Tā kā ir kvantu teorija, pastāv inflācijas teorijas interpretācija laukā. Šajā pieejā virzošais mehānisms ir: inflatonas lauks vai inflatonas daļiņa.
Piezīme: Kaut arī jēdziens tumšā enerģija mūsdienu kosmoloģiskajā teorijā arī paātrina Visuma paplašināšanos, šķiet, ka iesaistītie mehānismi ļoti atšķiras no inflācijas teorijā iesaistītajiem. Viena no jomām, kas interesē kosmologus, ir veidi, kā inflācijas teorija varētu radīt ieskatu tumšajā enerģijā vai otrādi.