Inflatsiooniteooria koondab ideid kvantfüüsika ja osakeste füüsika uurida universumi varasemaid hetki, järgides suurt pauku. Inflatsiooniteooria kohaselt loodi universum ebastabiilses energiaseisundis, mis sundis universumi kiiret laienemist juba selle varastel hetkedel. Üks tagajärg on see, et universum on arvatust tunduvalt suurem, palju suurem kui suurus, mida oma teleskoopidega jälgida saame. Teine tagajärg on see, et see teooria ennustab mõningaid jooni - näiteks energia ühtlast jaotust ja lamedat geomeetriat kosmoseaeg- mida varem ei olnud programmi raames selgitatud suure paugu teooria.
Osakestefüüsiku Alan Gutti poolt 1980. aastal välja töötatud inflatsiooniteooriat peetakse tänapäeval üldiselt suuresti laialt aktsepteeritud komponendiks paugu teooria, kuigi suure paugu teooria kesksed ideed olid juba aastaid enne inflatsiooni kujunemist hästi paika pandud teooria.
Inflatsiooniteooria päritolu
suure paugu teooria oli aastate jooksul osutunud üsna edukaks, eriti kosmilise mikrolaine fooni (CMB) kiirguse avastamise kaudu. Vaatamata teooria suurele edule, mida me nägime universumi enamike aspektide selgitamisel, oli alles jäänud kolm peamist probleemi:
- Homogeensuse probleem (või: "Miks oli universum nii uskumatult ühtlane vaid üks sekund pärast suurt pauku ?;") Lõputu universum: väljaspool suurt pauku)
- Tasasuse probleem
- Prognoositav ületootmine magnetilised monopolid
Suure paugu mudel näis ennustavat kõverikku universumit, milles energia ei jagunud ühtlaselt ja milles oli palju magnetilisi monopole, millest ükski ei vastanud tõenditele.
Osakestefüüsik Alan Guth õppis tasasuse probleemist esmakordselt Robert Dicke 1978. aasta loengus Cornelli ülikoolis. Järgmise paari aasta jooksul rakendas Guth osakestefüüsikast lähtuvaid mõisteid olukorrale ja töötas välja varase universumi inflatsioonimudeli.
Guth esitas oma järeldused 23. jaanuari 1980 loengus Stanfordi lineaarkiirendi keskuses. Tema revolutsiooniline idee oli, et osakestefüüsika keskmes olevat kvantfüüsika põhimõtteid saab rakendada suure paugu loomise varajastel hetkedel. Universum oleks loodud kõrge energiatihedusega. Termodünaamika sunnib universumi tihedust sundima seda ülikiirelt laienema.
Neile, kes on üksikasjalikumalt huvitatud, oleks universum sisuliselt loodud "vaakumis" koos Higgsi mehhanismi väljalülitamisega (või, teisiti öeldes, Higgsi boson ei eksisteerinud). See oleks läbinud ülejahutamise protsessi, otsides stabiilset madala energiatarbega olekut ("tõelist vaakumit", milles sisse lülitatud Higgsi mehhanism) ja just see ülejahutamise protsess juhtis inflatsiooniperioodi kiireks laienemine.
Kui kiiresti? Universumi suurus oleks kahekordistunud iga 10 kohta-35 sekundit. 10 piires-30 sekundit, oleks universumi suurus kahekordistunud 100 000 korda, mis on enam kui piisav laienemine, et selgitada tasasuse probleemi. Isegi kui universumi käivitumisel oleks kõverus, põhjustaks see suur laienemine selle täna lamedana. (Mõelge, et Maa suurus on piisavalt suur, et see tundub meile tasane, isegi kui me teame, et pind, millel me seisame, on kera kõverjooneline väliskülg.)
Samamoodi jaguneb energia nii ühtlaselt, sest kui see alguse sai, olime väga väike osa universumist ja see osa universum laienes nii kiiresti, et kui oleks suuri ebaühtlaseid energiajaotusi, oleksid need meie jaoks liiga kaugel tajuda. See on lahendus homogeensuse probleemile.
Teooria täpsustamine
Nii palju kui Guth võis öelda, oli teooria probleem selles, et kui inflatsioon algas, jätkub see igavesti. Tundus, et selget sulgemismehhanismi ei olnud paigas.
Samuti, kui kosmoselaius pidevalt selle kiirusega laienes, siis Sidney Colemani esitatud varase universumi idee ei toimiks. Coleman oli ennustanud, et faasiüleminekud varases universumis toimusid väikeste mullide loomise kaudu, mis üksteisega kokku liitusid. Kui inflatsioon oli paigas, liikusid pisikesed mullid üksteisest liiga kiiresti, et kunagi kokku kuhjuda.
Vene füüsik Andre Linde, väljavaadetest vaimustatud, ründas seda probleemi ja mõistis, et sellel probleemil on veel üks tõlgendus, mis hoolitseb selle probleemi eest Raudne eesriie (see oli 1980-ndad, pidage meeles) Andreas Albrecht ja Paul J Steinhardt tuli välja sarnase lahendusega.
See teooria uuem variant on see, mis tõmbas 1980ndatel tõepoolest veojõudu ja sai lõpuks osaks väljakujunenud suure paugu teooriast.
Inflatsiooniteooria muud nimed
Inflatsiooniteooria kannab mitut muud nime, sealhulgas:
- kosmoloogiline inflatsioon
- kosmiline inflatsioon
- inflatsioon
- vana inflatsioon (Guthi teooria algne 1980. aasta versioon)
- uus inflatsiooniteooria (mulliprobleemiga versiooni nimi on parandatud)
- aeglane täitmine (selle mulli probleemiga versiooni nimi on parandatud)
Teoorial on ka kaks tihedalt seotud varianti, kaootiline inflatsioon ja igavene inflatsioon, millel on mõned väikesed erinevused. Nendes teooriates ei toimunud inflatsioonimehhanism lihtsalt kohe pärast suurt pauku, vaid toimus kogu aeg erinevates kosmosepiirkondades. Nad kujutavad endast kiiresti paljunevat arvu "mulliuniversumeid" multiverse. Mõned füüsikud märgivad, et need ennustused on olemas kõik inflatsiooniteooria versioonid, nii et ärge pidage neid tegelikult eraldi teooriateks.
Kuna tegemist on kvantteooriaga, on seal inflatsiooniteooria välitõlgendus. Selle lähenemisviisi korral on juhtimismehhanism inflatoni väli või inflatoni osake.
Märge: Kuigi mõiste tume energia kaasaegses kosmoloogilises teoorias kiirendab ka universumi laienemist, näivad asjassepuutuvad mehhanismid inflatsiooniteoorias osalejatest väga erinevad. Üks kosmoloogidele huvipakkuvaid valdkondi on viisid, kuidas inflatsiooniteooria võib tuua teadmisi tumedast energiast või vastupidi.