Infliacijos teorija sujungia idėjas iš Kvantinė fizika ir dalelių fizika tyrinėti ankstyvuosius Visatos momentus, sekant dideliu sprogimu. Remiantis infliacijos teorija, Visata buvo sukurta nestabilios energijos būsenoje, kuri ankstyvomis akimirkomis privertė spartų Visatos plėtimąsi. Viena iš pasekmių yra tai, kad Visata yra be galo didelė, nei tikėtasi, daug didesnė, nei mes galime stebėti savo teleskopu. Kita pasekmė yra ta, kad ši teorija numato kai kuriuos bruožus, tokius kaip tolygus energijos pasiskirstymas ir plokščioji geometrija kosmoso laikas—Kurie anksčiau nebuvo paaiškinti pagal Didžiojo sprogimo teorija.
Infliacijos teorija, kurią 1980 m. Sukūrė dalelių fizikas Alanas Gutas, šiandien paprastai laikoma plačiai priimta didžiųjų komponentų dalimi sprogimo teorija, nors pagrindinės didžiojo sprogimo teorijos idėjos buvo gerai įsitvirtinusios kelerius metus iki infliacijos raidos teorija.
Infliacijos teorijos ištakos
Didžiojo sprogimo teorija bėgant metams pasirodė esąs gana sėkmingas, ypač patvirtintas atradus kosminės mikrobangos fono (CMB) radiaciją. Nepaisant didžiulės sėkmės teorijai paaiškinti daugumą mūsų matomų visatos aspektų, liko trys pagrindinės problemos:
- Homogeniškumo problema (arba „Kodėl visata buvo tokia neįtikėtinai vienoda vos per sekundę po didžiojo sprogimo ?;“), kaip klausimas pateiktas Begalinė visata: už didžiojo sprogimo)
- Plokščioji problema
- Numatoma perprodukcija magnetiniai monopoliai
Atrodė, kad didžiojo sprogimo modelis pranašavo kreivą visatą, kurioje energija nebuvo paskirstyta tolygiai ir kurioje buvo daug magnetinių monopolių, nė vienas iš jų neatitiko įrodymų.
Dalelių fizikas Alanas Gutas pirmą kartą sužinojo apie lygumo problemą 1978 m. Roberto Dicke'o paskaitoje Kornelio universitete. Per ateinančius kelerius metus Gutas pritaikė dalelių fizikos sąvokas situacijai ir sukūrė ankstyvosios visatos infliacijos modelį.
Guth pristatė savo atradimus 1980 m. Sausio 23 d. Paskaitoje Stanfordo linijinio greitintuvo centre. Jo revoliucinė mintis buvo ta, kad dalelių fizikos širdyje esantys kvantinės fizikos principai gali būti taikomi ankstyvomis didžiojo sprogimo kūrimo akimirkomis. Visata būtų sukurta esant dideliam energijos tankiui. Termodinamika diktuoja, kad visatos tankis būtų privertęs ją plėstis ypač greitai.
Tiems, kurie domisi išsamesnėmis nuostatomis, Visata iš esmės būtų buvusi sukurta „netikrame vakuume“ su išjungtu Higso mechanizmu (arba, kitaip tariant, Higso bozonas neegzistavo). Tai būtų buvę praėjęs super aušinimo procesas, ieškant stabilios mažesnės energijos būsenos („tikrojo vakuumo“, kuriame įsijungė Higso mechanizmas), ir būtent šis super aušinimo procesas paskatino spartų infliacijos periodą plėtimasis.
Kaip greitai? Visatos dydis būtų padvigubėjęs kas 10-35 sekundžių. Per 10-30 sekundžių, visatos dydis būtų padvigubėjęs 100 000 kartų, o tai yra daugiau nei pakankamai išsiplėtimas, kad būtų galima paaiškinti lygumo problemą. Net jei visata jai būtų pradėjusi kreivėti, dėl didelio išsiplėtimo ji šiandien atrodytų plokščia. (Apsvarstykite, kad Žemės dydis yra pakankamai didelis, kad mums ji atrodo lygi, net jei žinome, kad paviršius, ant kurio mes stovime, yra išlenktas sferos išorėje.)
Panašiai energija pasiskirsto taip tolygiai, nes kai ji prasidėjo, mes buvome labai maža visatos dalis, o ta dalis Visata išsiplėtė taip greitai, kad jei būtų koks nors nevienodas energijos pasiskirstymas, jie mums būtų per toli suvokti. Tai yra homogeniškumo problemos sprendimas.
Teorijos tobulinimas
Teorijos problema, kiek Gūta galėjo pasakyti, buvo ta, kad prasidėjus infliacijai ji tęsis amžinai. Atrodė, kad nėra aiškaus uždarymo mechanizmo.
Be to, jei kosmosas nuolat plėtėsi tokiu greičiu, ankstesnė Sidney Colemano idėja apie ankstyvąją visatą neveiks. Colemanas numatė, kad fazių perėjimai ankstyvojoje visatoje įvyko sukuriant mažus burbulus, kurie susiliejo kartu. Esant infliacijai, mažyčiai burbuliukai per greitai atsitraukė vienas nuo kito, kad galėtų sulipti.
Susijaudinęs iš perspektyvos, rusų fizikas Andre Linde užpuolė šią problemą ir suprato, kad yra dar vienas aiškinimas, kuris rūpinasi šia problema, nors šioje pusėje Geležinė uždanga (tai buvo 1980-ieji, atsimeni) Andreasas Albrechtas ir Paulius J. Steinhardtas sugalvojo panašų sprendimą.
Šis naujesnis teorijos variantas yra tas, kuris iš tikrųjų įgavo trauką per 1980-uosius ir galiausiai tapo įsitvirtinusios didžiojo sprogimo teorijos dalimi.
Kiti infliacijos teorijos pavadinimai
Infliacijos teorija vadinama keliais kitais pavadinimais, įskaitant:
- kosmologinė infliacija
- kosminė infliacija
- infliacija
- sena infliacija (originali Guth teorijos versija 1980 m.)
- nauja infliacijos teorija (versijos su ištaisyta burbulo problema pavadinimas)
- lėtai besisukanti infliacija (versijos, kurioje pataisyta burbulo problema, pavadinimas)
Taip pat yra du glaudžiai susiję teorijos variantai, chaotiška infliacija ir amžina infliacija, kurie turi keletą nedidelių skirtumų. Šiose teorijose infliacijos mechanizmas įvyko ne tik iškart po didžiojo sprogimo, bet ir visą laiką skirtinguose kosmoso regionuose. Jie išskiria sparčiai daugėjantį „burbulų visatų“ skaičių daugialypė. Kai kurie fizikai pabrėžia, kad šių prognozių yra visi infliacijos teorijos versijų, todėl tikrai nelaikykite jų atskiromis teorijomis.
Būdama kvantinė teorija, egzistuoja infliacijos teorijos interpretacija lauke. Šiuo požiūriu vairavimo mechanizmas yra: inflatono laukas arba infliacijos dalelė.
Pastaba: Nors koncepcija tamsi energija šiuolaikinėje kosmologinėje teorijoje taip pat spartėja visatos plėtimasis, atrodo, kad dalyvaujantys mechanizmai labai skiriasi nuo tų, kurie susiję su infliacijos teorija. Viena kosmologų susidomėjimo sritis yra būdai, kuriais infliacijos teorija galėtų padėti suprasti tamsiąją energiją, arba atvirkščiai.