Na našu veliku žalost, nemamo priliku preokrenuti vrijeme i vidjeti kako se Svemir razvio u prvim minutama svog života. Koristeći matematičke podatke i podatke promatranja, najbolji umovi na planeti grade najoštrije modele. Jedan od njih je kozmička inflacija.
Inflatorna teorija, ili inflatorni model svemira, kombinira ideje kvantne fizike i fizike čestica kako bi istražili rane trenutke svemira neposredno nakon Velikog praska. Prema njenim riječima, Svemir se formirao u vrlo nestabilnom stanju, što je u prvim trenucima izazvalo njegovo brzo širenje. Jedna od posljedica ovog širenja je da je svemir mnogo veći nego što se prvobitno predviđalo, a on se proteže mnogo dalje nego što to mogu vidjeti naši teleskopi. Pored toga, ova teorija predviđa neka svojstva koja nisu objašnjena u okviru teorije Velikog praska, poput ujednačene raspodjele energije i geometrije ravne prostor-vrijeme.
Teoriju inflatornog svemira razvio je fizičar Alan Guth 1980. godine. Danas se to smatra općeprihvaćenim dijelom teorije Velikog praska, iako su njegove središnje ideje utemeljene mnogo prije nego što je formulisana inflatorna teorija.
Kako je sve počelo
Teorija Velikog praska pokazala se vrlo uspješnom tijekom godina, posebno s obzirom na to da je potvrđena otkrićem zračenja u pozadini (mikrovalna pozadina). Međutim, unatoč velikom uspjehu ove teorije u objašnjavanju većine aspekata uočenih u svemiru, ostala su tri problema:
Čini se da model Velikog praska predviđa zakrivljeni svemir u kojem je energija neravnomjerno raspoređena i u kojem je bilo mnogo magnetskih monopola. Međutim, ništa od toga nije odgovaralo podacima.
Alan Guth / Annette Boutellier.
Fizičar Alan Guth prvi je put saznao za problem ravnala na predavanju Roberta Dicka na Sveučilištu Cornell 1978. godine. U godinama koje su uslijedile, Guth je primijenio koncepte iz fizike čestica na ovu situaciju i razvio inflatorni model ranog svemira.
Guth je 23. siječnja 1980. predstavio svoja otkrića na predavanju u Nacionalnom laboratoriju za ubrzavanje SLAC-a. Njegova revolucionarna ideja bila je da se principi kvantne fizike iz samog srca fizike čestica mogu primijeniti u prvim danima Velikog praska. Prema njemu, svemir bi trebao imati visoku gustoću energije. Prema termodinamici, gustoća svemira trebala je uzrokovati da se širi nevjerojatnom brzinom.
Zapravo, prema tadašnjem novom modelu, Svemir je trebao nastati u "lažnom vakuumu" i u nedostatku Higgsovog mehanizma (drugim riječima, Higgsov bozon nije postojao). Morala je proći proces hipotermije u potrazi za stabilnim niskoenergetskim stanjem ("istinskim vakuumom" u kojem djeluje Higgsov mehanizam) - a to je pokrenulo razdoblje nagle ekspanzije.
Koliko je brz? Prema modelu, svemir se udvostručio svakih 10-35 sekundi. Dakle, u prvih 10-30 sekundi nakon Velikog praska, udvostručio bi se u veličini 100 tisuća puta, a to je više nego dovoljno za objašnjenje problema ravnala. Čak i ako bi svemir u samom početku imao neku zakrivljenost, ovaj stupanj širenja doveo bi do činjenice da bi danas sve izgledalo ravno. (Imajte na umu da je Zemlja dovoljno velika da bi nam izgledala ravna, iako znamo da je površina na kojoj stojimo zakrivljena da tvori sferični objekt.)
Kvantne fluktuacije do kojih dolazi tijekom inflacije doista se protežu u cijelom svemiru. U svojoj manifestaciji velikih razmjera, inflacija dovodi do činjenice da svemir postaje ravan i gubi svoju ranu zakrivljenost / E. Siegel / Onkraj galaksije.
Osim toga, energija se raspoređuje tako ravnomjerno zbog činjenice da smo u samom početku bili vrlo mali dio Svemira, koji se tako brzo proširio da čak i ako postoje značajne nepravilnosti u raspodjeli energije, one bi bile predaleko od nas mogao sam ih primijetiti ili osjetiti. To zauzvrat služi kao rješenje problema homogenosti.
Razvoj teorije
Prema mišljenju samog Alana Gutha, problem s teorijom bio je da će se, kad inflacija pokrene, nastaviti u nedogled. Znanstvenici nisu vidjeli naznake ikakvog različitog mehanizma za "isključivanje" ovog procesa.
Također, da se prostor neprestano širio brzinom, ideja koju je ranije izrazio Sidney Coleman ne bi uspjela. Coleman je predvidio da će se tijekom faznih prijelaza u ranom svemiru formirati mali mjehurići, koji su se spojili jedan s drugim. U prisutnosti inflacije, mjehurići bi se odmaknili jedan od drugog prebrzo, bez vremena da se sjedine.
Sovjetski fizičar Andrei Linde skrenuo je pozornost na ovaj problem. Proučavao ga je i ustanovio da postoji još jedna interpretacija koja pruža rješenje za ovaj problem. U isto vrijeme - bilo je to još 1980-ih - s druge strane Željezne zavjese Andreas Albrecht i Paul Steinhardt sami su donijeli sličnu odluku.
Andrey Linde / LA Cicero.
Poanta je u tome da je u izvornom Guthovom modelu dopušteno da nastane više od jednog inflatornog područja, koje bi se zauzvrat moglo sudariti. U ovom slučaju, rezultat je bio neuredan prostor, u kojem zračenje i tvar imaju nehomogenu gustoću. To uopće nije bilo u skladu s onim što je promatrano u stvarnosti. Linde, Albrecht i Steinhardt promijenili su skalarnu jednadžbu polja - i sve je to imalo smisla. Prema ovom rješenju, naš promatrani svemir nastao je iz jednog vakuumskog mjehurića, koji se odvajao od ostalih inflatornih područja prostora. Riječ je o nezamislivim - po svim standardima - ogromnim daljinama.
Takva drugačija teorija inflacije
Inflatorna teorija ima nekoliko imena. Na primjer, kozmološka inflacija, kozmička inflacija, inflacija, stara inflacija (kako se izvorna verzija teorije Alana Gutha naziva), nova inflatorna teorija (model koji su razvili Linde, Albrecht i Steinhardt).
Postoje i dvije bliske verzije teorije: kaotična teorija inflacije i vječna inflacija. U tim se teorijama mehanizam inflacije nije dogodio samo jednom - odmah nakon Velikog praska -, nego se događa uvijek iznova i iznova u različitim krajevima prostora. Ovi modeli pretpostavljaju brzo rastući broj "svemira s mjehurićima" koji su dio Multiverse ili Multiverse. Neki fizičari primjećuju da su ta predviđanja prisutna u svim inačicama inflatornog modela svemira, pa ih stoga ne smatraju različitim teorijama.
Vladimir Guillen