Spre regretul nostru mare, nu avem ocazia de a returna timpul înapoi și de a vedea cum s-a dezvoltat Universul în primele minute ale vieții sale. Folosind matematica și datele observaționale, cele mai bune minți de pe planetă construiesc cele mai îndrăznețe modele. Una dintre ele este inflația cosmică.
Teoria inflaționistă sau modelul inflaționist al universului combină idei din fizica cuantică și fizica particulelor pentru a explora primele momente ale universului imediat după Big Bang. Potrivit ei, Universul s-a format într-o stare foarte instabilă, ceea ce a provocat expansiunea sa rapidă chiar din primele momente. Una dintre consecințele acestei extinderi este că universul este mult mai mare decât se prevedea inițial și se întinde mult mai departe decât pot vedea telescoapele noastre. În plus, această teorie prezice unele proprietăți care nu sunt explicate în cadrul teoriei Big Bang, cum ar fi distribuția uniformă a energiei și geometria plană în spațiu-timp.
Teoria unui univers inflaționist a fost dezvoltată de fizicianul Alan Guth în 1980. Astăzi este considerată o parte general acceptată a teoriei Big Bang, chiar dacă ideile centrale ale acesteia din urmă au fost stabilite mult mai devreme decât a fost formulată teoria inflaționistă.
Cum a început totul
Teoria Big Bang s-a dovedit a fi de mare succes de-a lungul anilor - în special, dat fiind faptul că a fost confirmată prin descoperirea radiației de fundal (fundal cu microunde). Cu toate acestea, în ciuda succesului mare al acestei teorii în explicarea majorității aspectelor observate în univers, au rămas trei probleme:
Modelul Big Bang părea să prezice un univers curbat în care energia era distribuită inegal și în care existau multe monopole magnetice. Cu toate acestea, nimic din acestea nu se potrivește cu datele.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Fizicianul Alan Guth a aflat pentru prima oară despre problema flatanței la o prelegere de Robert Dick la Universitatea Cornell în 1978. În anii care au urmat, Guth a aplicat concepte din fizica particulelor în această situație și a dezvoltat un model inflaționist al universului timpuriu.
La 23 ianuarie 1980, Guth și-a prezentat descoperirile într-o prelegere la SLAC National Laboratory Accelerator. Ideea sa revoluționară a fost că principiile fizicii cuantice din inima fizicii particulelor ar putea fi aplicate în primele zile ale Big Bang. Potrivit acestuia, universul ar fi trebuit să aibă o densitate energetică ridicată. Conform termodinamicii, densitatea universului ar fi trebuit să facă ca acesta să se extindă într-un ritm incredibil.
De fapt, potrivit noului model de la acea vreme, Universul ar fi trebuit să apară într-un „vid fals” și în absența mecanismului Higgs (cu alte cuvinte, bosonul Higgs nu exista). A trebuit să treacă printr-un proces de hipotermie în căutarea unei stări cu energie scăzută stabilă („adevăratul vid” în care funcționează mecanismul Higgs) - și asta a declanșat o perioadă de expansiune rapidă.
Cât de repede este? Conform modelului, universul se dubla la fiecare 10-35 de secunde. Astfel, în primele 10-30 de secunde după Big Bang, s-ar fi dublat ca mărime de 100 de mii de ori, iar acest lucru este mai mult decât suficient pentru a explica problema planeității. Chiar dacă universul ar avea o curbură chiar la început, acest grad de expansiune ar duce la faptul că astăzi totul ar părea plat. (Rețineți că Pământul este suficient de mare pentru a face să pară plat pentru noi, deși știm că suprafața pe care stăm este curbată pentru a forma un obiect sferic.)
Fluctuațiile cuantice care apar în timpul inflației se întind într-adevăr în univers. În manifestarea sa pe scară largă, inflația duce la faptul că universul devine plat și își pierde curbura timpurie / E. Siegel / Dincolo de galaxie.
În plus, energia este distribuită atât de uniform datorită faptului că la început eram o parte foarte mică a Universului, care s-a extins atât de repede încât, chiar dacă ar exista nereguli semnificative în distribuirea energiei, acestea ar fi prea departe de noi pentru noi. i-ar fi putut observa sau simți. Acesta, la rândul său, servește ca o soluție la problema omogenității.
Dezvoltarea teoriei
Potrivit lui Alan Guth, problema teoriei a fost că, odată ce inflația va începe, va trebui să continue pe termen nelimitat. Oamenii de știință nu au văzut niciun indiciu al vreunui mecanism distinct pentru „oprirea” acestui proces.
De asemenea, dacă spațiul s-ar extinde constant în acest ritm, atunci ideea exprimată anterior de Sidney Coleman nu ar fi funcționat. Coleman a prezis că se formează bule mici în timpul tranzițiilor de fază în universul timpuriu, care s-au contopit între ele. În prezența inflației, bulele s-ar îndepărta prea repede unul de celălalt, fără a avea timp să se unească.
Fizicianul sovietic Andrei Linde a atras atenția asupra acestei probleme. El a studiat-o și a constatat că există o altă interpretare care oferă o soluție la această problemă. În același timp - încă erau anii 1980 - de cealaltă parte a Cortinei de Fier, Andreas Albrecht și Paul Steinhardt au luat o decizie similară pe cont propriu.
Andrey Linde / LA Cicero.
Ideea este că, în modelul original Guth, a fost permisă apariția a mai mult de o zonă inflaționistă, care, la rândul ei, ar putea intra în coliziune. În acest caz, rezultatul a fost un spațiu dezordonat, în care radiațiile și materia au o densitate neomogenă. Acest lucru nu a fost deloc în concordanță cu ceea ce a fost observat în realitate. Linde, Albrecht și Steinhardt au schimbat ecuația câmpului scalar - și totul avea sens. Conform acestei soluții, universul nostru observabil provine dintr-o singură bulă de vid, care se separa de alte regiuni inflaționiste ale spațiului. Este de neimaginat - după toate standardele - distanțe enorme.
O astfel de teorie diferită a inflației
Teoria inflaționistă are mai multe nume. De exemplu, inflația cosmologică, inflația cosmică, inflația, inflația veche (așa cum se numește versiunea inițială a teoriei lui Alan Guth), noua teorie inflaționistă (modelul dezvoltat de Linde, Albrecht și Steinhardt).
Există, de asemenea, două versiuni apropiate ale teoriei: teoria haotică a inflației și inflația eternă. În aceste teorii, mecanismul inflației nu s-a întâmplat o singură dată - imediat după Big Bang -, dar se întâmplă din nou și din nou în diferite regiuni ale spațiului. Aceste modele presupun un număr în creștere rapidă de „universuri cu bule” care fac parte din Multiverse sau Multiverse. Unii fizicieni notează că aceste predicții sunt prezente în toate versiunile modelului inflaționist al universului și, prin urmare, nu le consideră diferite teorii.
Vladimir Guillen
