K naší velké lítosti nemáme šanci přetočit čas zpět a podívat se, jak se vesmír vyvíjel v prvních minutách svého života. S využitím matematických a observačních dat vytvoří nejlepší mozky na této planetě ty nejodvážnější modely. Jednou z nich je kosmická inflace.
Inflační teorie neboli inflační model vesmíru kombinuje myšlenky z kvantové fyziky a fyziky částic, aby prozkoumala počáteční okamžiky vesmíru těsně po Velkém třesku. Podle ní byl vesmír vytvořen ve velmi nestabilním stavu, což vyvolalo jeho rychlou expanzi v prvních okamžicích. Jedním z důsledků této expanze je to, že vesmír je mnohem větší, než se původně očekávalo, a táhne se mnohem dále, než naše teleskopy vidí. Tato teorie navíc předpovídá některé vlastnosti, které nejsou vysvětleny v rámci teorie velkého třesku, jako je rovnoměrné rozložení energie a geometrie plochého prostoru a času.
Teorie inflačního vesmíru byla vyvinuta fyzikem Alanem Guthem v roce 1980. Dnes je považována za obecně přijímanou část teorie velkého třesku, i když její hlavní myšlenky byly založeny mnohem dříve, než byla formulována teorie inflace.
Jak to vše začalo
Teorie velkého třesku se v průběhu let ukázala jako velmi úspěšná - zejména vzhledem k tomu, že byla potvrzena objevením záření pozadí (mikrovlnné pozadí). Přes velký úspěch této teorie při vysvětlování většiny aspektů pozorovaných ve vesmíru však zůstaly tři problémy:
Zdálo se, že model velkého třesku předpovídá zakřivený vesmír, ve kterém byla energie rozložena nerovnoměrně a ve kterém bylo mnoho magnetických monopolů. Nic z toho však neodpovídalo datům.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Fyzik Alan Guth se poprvé dozvěděl o problému plochosti na přednášce Roberta Dicka na Cornell University v roce 1978. V následujících letech Guth aplikoval na tuto situaci koncepty z fyziky částic a vyvinul inflační model raného vesmíru.
23. ledna 1980 Guth představil svá zjištění na přednášce v SLAC National Accelerator Laboratory. Jeho revoluční myšlenkou bylo, že principy kvantové fyziky od samého srdce částicové fyziky lze aplikovat na rané dny Velkého třesku. Podle něj měl mít vesmír vysokou hustotu energie. Podle termodynamiky měla hustota vesmíru způsobit neuvěřitelnou rychlost expanze.
Ve skutečnosti, podle nového modelu v té době, vesmír měl vzniknout ve „falešném vakuu“a v nepřítomnosti Higgsova mechanismu (jinými slovy, Higgsův boson neexistoval). Musela projít procesem podchlazení při hledání stabilního nízkoenergetického stavu („skutečné vakuum“, ve kterém funguje Higgsův mechanismus) - a to vyvolalo období rychlé expanze.
Jak rychle to je? Podle modelu se vesmír každých 10-35 sekund zdvojnásobil. V prvních 10 až 30 sekundách po Velkém třesku by se tedy velikost zdvojnásobila na 100 tisíckrát, což je více než dost pro vysvětlení problému plochosti. I kdyby měl vesmír na začátku určité zakřivení, tento stupeň expanze by vedl k tomu, že dnes by všechno vypadalo rovně. (Všimněte si, že Země je dostatečně velká, aby nám vypadala rovně, i když víme, že povrch, na kterém stojíme, je zakřivený, aby vytvořil sférický objekt.)
Kvantové výkyvy, ke kterým dochází během inflace, se skutečně rozpínají po celém vesmíru. Ve svém velkém měřítku inflace vede k tomu, že vesmír se vyrovnává a ztrácí své předčasné zakřivení / E. Siegel / Beyond the Galaxy.
Kromě toho je energie distribuována tak rovnoměrně, protože na začátku jsme byli velmi malou částí vesmíru, která se rozrůstala tak rychle, že i kdyby existovaly významné nesrovnalosti v distribuci energie, byly by pro nás příliš daleko od nás si je mohl všimnout nebo cítit. To zase slouží jako řešení problému homogenity.
Vývoj teorie
Podle samotného Alana Gutha byl problém s teorií takový, že jakmile začne inflace, bude muset pokračovat donekonečna. Vědci neviděli žádné náznaky jakéhokoli odlišného mechanismu pro „vypnutí“tohoto procesu.
Také, pokud by se prostor neustále rozšiřoval touto rychlostí, pak by myšlenka, kterou dříve vyjádřil Sidney Coleman, nefungovala. Coleman předpověděl, že se během fázových přechodů v časném vesmíru vytvářejí malé bubliny, které se spojily. V případě inflace by se bubliny od sebe příliš rychle vzdálily, aniž by měly čas se sjednotit.
Sovětský fyzik Andrei Linde na tento problém upozornil. Studoval to a zjistil, že existuje další interpretace, která poskytuje řešení tohoto problému. Ve stejné době - ještě v 80. letech - na druhé straně železné opony, Andreas Albrecht a Paul Steinhardt dospěli k podobnému rozhodnutí sami.
Andrey Linde / LA Cicero.
Jde o to, že v původním Guthově modelu bylo dovoleno vyvinout více než jednu inflační oblast, která by se zase mohla srazit. V tomto případě byl výsledkem narušený prostor, ve kterém záření a hmota měly nehomogenní hustotu. To vůbec nebylo v souladu s tím, co bylo ve skutečnosti pozorováno. Linde, Albrecht a Steinhardt změnili rovnici skalárního pole - a to všechno dávalo smysl. Podle tohoto řešení náš pozorovatelný vesmír pocházel z jediné vakuové bubliny, která se oddělila od ostatních inflačních oblastí vesmíru. Jde o nepředstavitelné - podle všech standardů - obrovské vzdálenosti.
Taková jiná teorie inflace
Inflační teorie má několik jmen. Například, kosmologická inflace, kosmická inflace, inflace, stará inflace (jak se nazývá původní verze teorie Alana Gutha), nová inflační teorie (model vyvinutý Linde, Albrecht a Steinhardt).
Existují také dvě úzké verze teorie: chaotická teorie inflace a věčná inflace. V těchto teoriích se inflační mechanismus nestal jen jednou - hned po Velkém třesku -, ale stává se znovu a znovu v různých oblastech vesmíru. Tyto modely předpokládají rychle rostoucí počet „bublinových vesmírů“, které jsou součástí multiverse nebo multiverse. Někteří fyzici poznamenávají, že tyto předpovědi jsou přítomny ve všech verzích inflačního modelu vesmíru, a proto je nepovažují za odlišné teorie.
Vladimir Guillen