Inflacja kosmologiczna

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Inflacja kosmologiczna jest nie w pełni dowiedzioną hipotezą kosmologiczną zaproponowaną przez Alana Gutha (1981). Według niej wczesny Wszechświat przeszedł przez fazę szybkiego rozszerzenia się spowodowanego ujemną energią gęstości próżni (dodatnie ciśnienie próżni). Ekspansja ta może być modelowana przez niezerową stałą kosmologiczną. Bezpośrednią konsekwencją jest wniosek, że cały obserwowalny wszechświat początkowo był skoncentrowany w bardzo małym obszarze połączonym więzami przyczynowo-skutkowymi. Kwantowe fluktuacje w tym mikroskopijnym obszarze urosły do rozmiarów kosmicznych i stały się zaczątkami struktur kosmicznych.

Teoria GUT zakłada istnienie zespołów pól zwanych polami Higgsa. Podstawą dla teorii inflacji jest specyficzny kształt skalarnego pola Higgsa. Na wykresie pola Higgsa tworzy się punkt, w którym Wszechświat był w stanie fałszywej próżni. W tym punkcie wartość pola Higgsa jest chwilowo najniższa i wytwarza się metastabilny stan, w wyniku rozpadu którego powstaje prawdziwa próżnia. W procesie kwantowego tunelowania wytwarza się ujemne ciśnienie, które powoduje, że gęstość nie zmienia się wraz z rozszerzaniem się przestrzeni. W efekcie tego, że Wszechświat wypełniała fałszywa próżnia, następowało gwałtowne rozprężanie. Ponieważ gęstość fałszywej próżni nie maleje wraz z rozszerzeniem, to nastąpił wykładniczy wzrost objętości Wszechświata.

Głównym problemem teorii inflacyjnej jest zaburzenie gęstości. Gdyby Wszechświat rozwijał się zgodnie z tym modelem, to byłby całkowicie jednorodny i gładki. Jednakże podczas ewolucji Wszechświata musiały utworzyć się pewne zaburzenia gęstości tak, aby z obszarów o większej gęstości powstały gwiazdy i planety. Zaburzenia pola Higgsa zapewniają fluktuacje kwantowe, ale aby zaburzenia wytworzone na etapie inflacji odpowiadały temu, co obserwujemy teraz, gęstości energii pola Higgsa powinna być zdecydowanie niższa, a tego nie zakłada żadna teoria wielkiej unifikacji. Pewnym rozwiązaniem tego paradoksu jest wprowadzenie do teorii dodatkowego pola określanego mianem pola inflantonowego z pożądanymi własnościami. Jednakże nowe pole powoduje, że należy założyć pewne warunki początkowe decydujące o powstaniu Wszechświata, które miały być wyeliminowane za pomocą teorii inflacji kosmologicznej.

Inflacja rozwiązuje kilka ważnych a dotąd nierozwiązanych problemów standardowej kosmologii Wielkiego Wybuchu. Wśród nich jest obserwowany kształt Wszechświata - problem płaskości, nadzwyczajna jednorodność w dużych skalach -- [problem horyzontu oraz problem monopoli magnetycznych - brak jakichkolwiek obserwowanych defektów topologicznych przewidzianych przez Teorię Wielkiej Unifikacji (GUT).

Przewidywania standardowego modelu inflacji rozpatrują płaską geometrię Wszechświata oraz skale fluktuacji w mikrofalowym promieniowaniu tła. Występują także rozwiązania dla wysokoenergetycznych cząstek blisko lub w skali GUT. Od lat 80. było wiele prób powiązania pola generującego energię próżni, które zostało przewidziane przez GUT, aby wykorzystać obserwacje do potwierdzenia tej teorii. Próby te mają dostarczyć odpowiedzi na pytanie o pochodzenie i naturę cząstek, które generują energię gęstości próżni, a które dla teorii inflacji pozostają zagadką.

Obecnie istnieje ponad 50 odmian teorii inflacyjnej i wiele innych teorii nieinflacyjnych, które tłumaczą powstanie Wszechświata.

Nazwa teorii jest lekkim żartem odnoszącym się do inflacji ekonomicznej w Stanach Zjednoczonych w latach 70. XX wieku.