За наше голямо съжаление, ние нямаме възможността да върнем времето назад и да видим как се е развила Вселената в първите минути от живота си. Използвайки математика и данни от наблюдения, най-добрите умове на планетата изграждат най-дръзките модели. Една от тях е космическата инфлация.
Инфлационната теория, или инфлационен модел на Вселената, съчетава идеи от квантовата физика и физиката на частиците, за да изследва ранните моменти на Вселената непосредствено след Големия взрив. Според нея Вселената се е образувала в много нестабилно състояние, което провокира бързото й разрастване още в първите моменти. Едно от последствията от това разширение е, че Вселената е много по-голяма от първоначално предвидената и тя се простира много по-далеч, отколкото нашите телескопи могат да видят. В допълнение, тази теория предсказва някои свойства, които не са обяснени в рамките на теорията за Големия взрив, като равномерно разпределение на енергията и геометрия на плоско пространство-време.
Теорията на инфлационната вселена е разработена от физика Алън Гут през 1980г. Днес тя се счита за общоприета част от теорията за Големия взрив, въпреки че централните идеи на последната са установени много по-рано, отколкото е формулирана инфлационната теория.
Как започна всичко
Теорията за Големия взрив се оказа много успешна през годините - по-специално, като се има предвид, че тя беше потвърдена чрез откриването на радиацията на фона (микровълнов фон). Въпреки големия успех на тази теория в обяснението на повечето аспекти, наблюдавани във Вселената, остават три проблема:
Моделът на Големия взрив като че ли предсказва извита вселена, в която енергията се разпределя неравномерно и в която има много магнитни монополи. Нищо от това обаче не съвпада с данните.
Алън Гут / Анет Бутелие.
Физикът Алън Гут за първи път научи за проблема с плоскостъпието на лекция на Робърт Дик от Университета Корнел през 1978 г. В следващите години Гут прилага тази концепция от физиката на частиците към тази ситуация и разработва инфлационен модел на ранната Вселена.
На 23 януари 1980 г. Гут представя своите открития на лекция в Националната лаборатория за ускорители SLAC. Революционната му идея беше, че принципите на квантовата физика от самото сърце на физиката на частиците могат да бъдат приложени в първите дни на Големия взрив. Според него Вселената е трябвало да има висока енергийна плътност. Според термодинамиката плътността на Вселената е трябвало да накара тя да се разшири с невероятна скорост.
Всъщност, според новия по онова време модел, Вселената е трябвало да възникне в „фалшив вакуум“и в отсъствието на механизма на Хигс (с други думи, бозонът на Хигс не е съществувал). Тя трябваше да премине през процес на хипотермия в търсене на стабилно ниско енергийно състояние („истинският вакуум“, в който функционира механизмът на Хигс) - и това предизвика период на бързо разрастване.
Колко бързо е? Според модела вселената се удвоява на всеки 10-35 секунди. Така през първите 10-30 секунди след Големия взрив той би се удвоил по размер 100 хиляди пъти и това е повече от достатъчно, за да обясни проблема с плоскостта. Дори ако Вселената имаше някаква кривина в самото начало, тази степен на разширяване би довела до факта, че днес всичко ще изглежда плоско. (Обърнете внимание, че Земята е достатъчно голяма, за да ни изглежда плоска, въпреки че знаем, че повърхността, на която стоим, е извита, за да образува сферичен обект.)
Квантовите колебания, които се появяват по време на инфлация, наистина се простират във вселената. В своето мащабно проявление инфлацията води до факта, че Вселената става плоска и губи ранната си кривина / Е. Зигел / Отвъд Галактиката.
В допълнение, енергията се разпределя толкова равномерно поради факта, че в самото начало бяхме много малка част от Вселената, която се разшири толкова бързо, че дори да има значителни нередности в разпределението на енергията, те биха били твърде далеч от нас за нас можех да ги забележа или почувствам. Това от своя страна служи като решение на проблема с хомогенността.
Развитие на теорията
Според самия Алън Гут проблемът с теорията е, че щом започне инфлацията, тя ще трябва да продължи безкрайно. Учените не са видели намеци за някакъв отчетлив механизъм за „изключване“на този процес.
Освен това, ако пространството непрекъснато се разширяваше с тази скорост, тогава идеята, изразена по-рано от Сидни Коулман, нямаше да работи. Коулман предсказа, че по време на фазови преходи в ранната Вселена се образуват малки мехурчета, които се сливат един с друг. При наличие на инфлация балончетата биха се отдалечили един от друг твърде бързо, без да имат време да се обединят.
Съветският физик Андрей Линде обърна внимание на този проблем. Той го проучи и откри, че има друга интерпретация, която осигурява решение на този проблем. В същото време - все още през 80-те - от другата страна на Желязната завеса, Андреас Албрехт и Пол Щайнхард сами стигнаха до подобно решение.
Андрей Линде / LA Cicero.
Въпросът е, че в оригиналния модел на Гут е позволено да възникне повече от една инфлационна зона, която от своя страна може да се сблъска. В този случай резултатът беше безредно пространство, в което радиацията и материята имат нехомогенна плътност. Това изобщо не беше в съответствие с наблюдаваното в действителност. Линде, Албрехт и Щайнхард промениха скаларното уравнение на полето - и всичко това имаше смисъл. Според това решение нашата наблюдаема вселена произхожда от един вакуум мехур, който се отделя от други инфлационни области на космоса. Става дума за невъобразими - по всички стандарти - огромни разстояния.
Такава различна теория за инфлацията
Инфлационната теория има няколко имена. Например космологична инфлация, космическа инфлация, инфлация, стара инфлация (както се нарича оригиналната версия на теорията на Алън Гут), нова инфлационна теория (моделът, разработен от Линде, Албрехт и Щайнхард).
Съществуват и две близки версии на теорията: хаотичната теория за инфлацията и вечната инфлация. В тези теории механизмът на инфлация не се е случил само веднъж - веднага след Големия взрив, но се случва отново и отново в различни региони на космоса. Тези модели предполагат бързо нарастващ брой "балонни вселени", които са част от мултиверсула или мултиверс. Някои физици отбелязват, че тези прогнози присъстват във всички версии на инфлационния модел на Вселената и затова не ги смятат за различни теории.
Владимир Гилен