Till vår stora ånger har vi inte möjlighet att spola tillbaka tiden tillbaka och se hur universum utvecklades under de första minuterna av sitt liv. Med hjälp av matematik och observationsdata bygger de bästa sinnena på planeten de mest vågiga modellerna. En av dem är kosmisk inflation.
Inflationsteorin, eller universumets inflationsmodell, kombinerar idéer från kvantefysik och partikelfysik för att utforska de tidiga ögonblicken i universum strax efter Big Bang. Enligt henne bildades universum i ett mycket instabilt tillstånd, vilket provocerade sin snabba expansion i de allra första ögonblicken. En av konsekvenserna av denna expansion är att universum är mycket större än ursprungligen förväntat och sträcker sig mycket längre än vad våra teleskop kan se. Dessutom förutsäger denna teori vissa egenskaper som inte förklaras inom ramen för Big Bang-teorin, såsom enhetlig energifördelning och platt rumstidsgeometri.
Teorin om ett inflationsunivers utvecklades av fysikern Alan Guth 1980. I dag betraktas det som en allmänt accepterad del av Big Bang-teorin, även om de centrala idéerna för den senare etablerades mycket tidigare än inflationsteorin formulerades.
Hur allt började
Big Bang-teorin har visat sig vara mycket framgångsrik under åren - särskilt med tanke på att den bekräftades genom upptäckten av bakgrundsstrålningen (mikrovågsbakgrund). Trots den stora framgången för denna teori när det gäller att förklara de flesta aspekter som observerats i universum, förblev dock tre problem:
Big Bang-modellen tycktes förutsäga ett krökt universum där energi fördelades ojämnt och där det fanns många magnetiska monopol. Inget av detta matchade dock uppgifterna.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Fysikern Alan Guth lärde sig först om problemet med planhet vid en föreläsning av Robert Dick vid Cornell University 1978. Under åren som följde använde Guth begrepp från partikelfysik till denna situation och utvecklade en inflationsmodell av det tidiga universum.
Den 23 januari 1980 presenterade Guth sina resultat i en föreläsning vid SLAC National Accelerator Laboratory. Hans revolutionerande idé var att principerna för kvantfysik från hjärtat av partikelfysiken kunde tillämpas på Big Bangs tidiga dagar. Enligt honom borde universumet ha haft en hög energitäthet. Enligt termodynamik borde universumets täthet ha orsakat att det expanderade i en otrolig takt.
I själva verket borde universum enligt den nya modellen på den tiden ha uppstått i ett "falskt vakuum" och i frånvaro av Higgs-mekanismen (med andra ord, Higgs-boson existerade inte). Hon var tvungen att genomgå en hypotermiprocess för att leta efter ett stabilt lågenergitillstånd (det "verkliga vakuumet" där Higgs-mekanismen fungerar) - och det var det som utlöste en period av snabb expansion.
Hur snabbt går det? Enligt modellen fördubblades universumet var 10-35 sekund. Således, under de första 10-30 sekunderna efter Big Bang, skulle den ha fördubblats i storlek 100 tusen gånger, och detta är mer än tillräckligt för att förklara problemet med planhet. Även om universum hade en viss krökning redan i början skulle denna grad av expansion leda till att allt idag skulle se platt ut. (Observera att jorden är tillräckligt stor för att den ska se platt ut för oss, även om vi vet att ytan vi står på är krökt för att bilda ett sfäriskt föremål.)
De kvantfluktuationer som uppstår under inflationen sträcker sig verkligen över universum. I sin storskaliga manifestation leder inflationen till att universum blir platt och förlorar sin tidiga krökning / E. Siegel / Beyond the Galaxy.
Dessutom fördelas energin så jämnt på grund av det faktum att vi i början var en mycket liten del av universumet, som expanderade så snabbt att även om det fanns betydande oegentligheter i energifördelningen, skulle de vara för långt ifrån oss för oss kunde ha märkt eller känna dem. Detta fungerar i sin tur som en lösning på homogenitetsproblemet.
Teoriutveckling
Enligt Alan Guth själv var problemet med teorin att när inflationen började måste den fortsätta på obestämd tid. Forskare har inte sett några tips om någon distinkt mekanism för att "stänga av" denna process.
Om utrymmet ständigt expanderade i denna takt skulle inte den idé som tidigare uttalats av Sidney Coleman ha fungerat. Coleman förutspådde att små bubblor bildades under fasövergångar i det tidiga universum, som slogs samman med varandra. I närvaro av inflation skulle bubblorna förflytta sig från varandra för snabbt utan att ha tid att förena sig.
Den sovjetiska fysikern Andrei Linde uppmärksammade detta problem. Han studerade det och fann att det finns en annan tolkning som ger en lösning på detta problem. Samtidigt - det var fortfarande 1980-talet - på andra sidan järnridån, kom Andreas Albrecht och Paul Steinhardt till ett liknande beslut på egen hand.
Andrey Linde / LA Cicero.
Poängen är att i den ursprungliga Guth-modellen tilläts mer än ett inflationsområde att uppstå, vilket i sin tur kunde kollidera. I detta fall var resultatet ett oroligt utrymme, där strålning och materia har en inhomogen täthet. Detta överensstämde inte alls med vad som observerades i verkligheten. Linde, Albrecht och Steinhardt ändrade skalfältets ekvation - och det var meningsfullt. Enligt denna lösning härstammade vårt observerbara universum från en enda vakuumbubbla, som skilde sig från andra inflationsområden i rymden. Det handlar om ofattbara - av alla standarder - enorma avstånd.
En sådan annorlunda teori om inflation
Inflationsteorin har flera namn. Till exempel kosmologisk inflation, kosmisk inflation, inflation, gammal inflation (som den ursprungliga versionen av Alan Guths teori kallas), ny inflationsteori (modellen utvecklad av Linde, Albrecht och Steinhardt).
Det finns också två nära versioner av teorin: den kaotiska teorin om inflation och evig inflation. I dessa teorier inträffade inte inflationsmekanismen bara en gång - strax efter Big Bang - utan den händer om och om igen i olika rymdsregioner. Dessa modeller antar ett snabbt växande antal "bubblaunivers" som är en del av Multiversen eller Multiverse. Vissa fysiker noterar att dessa förutsägelser finns i alla versioner av universums inflationsmodell och anser dem därför inte vara olika teorier.
Vladimir Guillen