Inflacja kosmologiczna -
hipoteza
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.
Przewidywania teorii
Inflacja rozwiązuje kilka ważnych a dotąd nierozwiązanych problemów standardowej kosmologii
Wielkiego Wybuchu
. Wśród nich są:
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.
Problemy teorii
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
galaktyki
i
gromady galaktyk
. 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 od przewidywanej.
Pewnym rozwiązaniem tego problemu jest wprowadzenie do teorii dodatkowego pola określanego mianem pola inflantonowego z pożądanymi własnościami. Jednakże nowe pole powoduje, że należy założyć istnienie odpowiednich
warunków początkowych
decydujące o powstaniu Wszechświata, które miały być wyeliminowane za pomocą teorii inflacji kosmologicznej.
Próby udowodnienia
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.
W 1997 roku istniało 50 odmian teorii inflacyjnej tłumaczących powstanie Wszechświata[1].
Zobacz też
Przypisy
Linki zewnętrzne