Космическа инфлация и ранната Вселена

Инфлацията предполага, че Вселената е претърпяла кратък период на експоненциално разширение в първия си миг, решавайки дългогодишни загадки и подготвяйки сцената за всичко, което е последвало.

Definition

Космическата инфлация е хипотетична епоха на ускорено, почти експоненциално разширение в много ранната Вселена, обикновено задвижвано от потенциалната енергия на скаларно поле, което разтяга малък причинно-свързан регион, за да обхване наблюдаемата Вселена и обяснява нейната еднородност и плоскост.

Scope

Тази тема обхваща мотивацията за инфлацията при проблемите с хоризонта, плоскостта и монополите, динамиката на бавно движещо се скаларно поле, или инфлатон, което задвижва ускореното разширение, повторното нагряване, което слага край на инфлацията и изпълва Вселената с материя и радиация, както и общите предсказания, които правят инфлацията проверима.

Core questions

• Защо е предложена инфлацията?
• Как скаларно поле задвижва ускореното разширение?
• Какво се случва, когато инфлацията приключи?

Key concepts

• Проблем с хоризонта
• Проблем с плоскостта
• Проблем с монополите
• Инфлатонно поле
• Бавно-рол
• Повторно нагряване
• e-folds

Key theories

Решаване на проблемите с хоризонта и плоскостта

Експлозия от ускорено разширение кара наблюдаемата Вселена да произхожда от един-единствен причинно-свързан участък и тласка пространствената кривина към нула, обяснявайки наблюдаваната еднородност и плоскост.

Бавно-рол инфлация

Ако скаларно поле се движи бавно по плосък потенциал, неговата почти постоянна енергийна плътност се държи като космологична константа и поддържа експоненциално разширение, докато полето достигне дъното и се разпадне, повторно нагрявайки Вселената.

Mechanisms

Потенциалната енергия на бавно движещо се скаларно поле доминира енергийната плътност и действа като космологична константа, задвижвайки експоненциално разширение, което изравнява пространството и разрежда реликвите; когато полето достигне своя потенциален минимум, то осцилира и се разпада, повторно нагрявайки Вселената в горещия Голям взрив.

Clinical relevance

Инфлацията е водещата теория за началните условия на Вселената: тя обяснява защо космосът е еднороден и плосък, премахва свръхизобилието от монополи в теориите за великото обединение и предсказва почти скаларно-инвариантен спектър от пертурбации, потвърден от космическия микровълнов фон, което я прави централен, проверим стълб на съвременната космология.

History

Старобински предлага ранен инфлационен модел през 1980 г., а Гът въвежда инфлацията през 1981 г., за да реши проблемите с хоризонта, плоскостта и монополите; Линде, Албрехт и Щайнхард развиват сценария за бавно движение през 1982 г., който разрешава проблеми с оригиналната версия на Гът и се превръща в стандартна рамка.

Debates

Предсказуемост и мултивселена

Тъй като инфлацията може да възникне в много модели и може да доведе до вечно разширяваща се мултивселена, критиците поставят под въпрос доколко е фалшифицируема, докато привържениците посочват нейните потвърдени общи предсказания, оставяйки нейния епистемологичен статус дебатиран.

Key figures

• Alan Guth
• Andrei Linde
• Andreas Albrecht
• Paul Steinhardt
• Alexei Starobinsky

Seminal works

• guth1981
• linde1982

Frequently asked questions

Какъв е проблемът с хоризонта?

Региони от противоположните страни на небето имат една и съща температура в космическия микровълнов фон, въпреки че без инфлация те никога не биха могли да обменят светлина или топлина; инфлацията решава това, като всички те произхождат от един малък, причинно-свързан участък.

Доказана ли е инфлацията?

Инфлацията е преминала важни тестове, особено почти скаларно-инвариантните, гаусови флуктуации, наблюдавани в космическия микровълнов фон, но не е доказана; откриването на първични гравитационни вълни чрез B-модова поляризация би осигурило много по-силно потвърждение.