Κοσμικός Πληθωρισμός και το Πρώιμο Σύμπαν

Ο πληθωρισμός προτείνει ότι το σύμπαν υπέστη μια φευγαλέα έκρηξη εκθετικής διαστολής στην πρώτη του στιγμή, επιλύοντας μακροχρόνια αινίγματα και θέτοντας τις βάσεις για ό,τι ακολούθησε.

Definition

Ο κοσμικός πληθωρισμός είναι μια υποθετική εποχή επιταχυνόμενης, σχεδόν εκθετικής διαστολής στο πολύ πρώιμο σύμπαν, που συνήθως οδηγείται από τη δυναμική ενέργεια ενός βαθμωτού πεδίου, η οποία εκτείνει μια μικροσκοπική αιτιωδώς συνδεδεμένη περιοχή ώστε να περιλάβει το παρατηρήσιμο σύμπαν και εξηγεί την ομοιομορφία και την επιπεδότητά του.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει το κίνητρο για τον πληθωρισμό στα προβλήματα ορίζοντα, επιπεδότητας και μονοπόλου, τη δυναμική ενός αργά κυλιόμενου βαθμωτού πεδίου, ή inflaton, που οδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή, την επαναθέρμανση που τερματίζει τον πληθωρισμό και γεμίζει το σύμπαν με ύλη και ακτινοβολία, καθώς και τις γενικές προβλέψεις που καθιστούν τον πληθωρισμό ελέγξιμο.

Core questions

• Γιατί προτάθηκε ο πληθωρισμός;
• Πώς ένα βαθμωτό πεδίο οδηγεί σε επιταχυνόμενη διαστολή;
• Τι συμβαίνει όταν τελειώνει ο πληθωρισμός;

Key concepts

• Πρόβλημα ορίζοντα
• Πρόβλημα επιπεδότητας
• Πρόβλημα μονοπόλου
• Πεδίο inflaton
• Αργή κύλιση
• Επαναθέρμανση
• e-folds

Key theories

Επίλυση των προβλημάτων ορίζοντα και επιπεδότητας

Μια έκρηξη επιταχυνόμενης διαστολής κάνει το παρατηρήσιμο σύμπαν να προέρχεται από ένα ενιαίο αιτιωδώς συνδεδεμένο τμήμα και οδηγεί τη χωρική καμπυλότητα προς το μηδέν, εξηγώντας την παρατηρούμενη ομοιομορφία και επιπεδότητα.

Πληθωρισμός αργής κύλισης

Εάν ένα βαθμωτό πεδίο κυλά αργά σε ένα επίπεδο δυναμικό, η σχεδόν σταθερή ενεργειακή του πυκνότητα συμπεριφέρεται σαν μια κοσμολογική σταθερά και διατηρεί την εκθετική διαστολή μέχρι το πεδίο να φτάσει στον πυθμένα και να διασπαστεί, επαναθερμαίνοντας το σύμπαν.

Mechanisms

Η δυναμική ενέργεια ενός αργά κυλιόμενου βαθμωτού πεδίου κυριαρχεί στην ενεργειακή πυκνότητα και δρα σαν κοσμολογική σταθερά, οδηγώντας σε εκθετική διαστολή που ισοπεδώνει τον χώρο και αραιώνει τα απομεινάρια. Όταν το πεδίο φτάσει στο ελάχιστο του δυναμικού του, ταλαντώνεται και διασπάται, επαναθερμαίνοντας το σύμπαν στην καυτή Μεγάλη Έκρηξη.

Clinical relevance

Ο πληθωρισμός είναι η κορυφαία θεωρία των αρχικών συνθηκών του σύμπαντος: εξηγεί γιατί ο κόσμος είναι ομοιόμορφος και επίπεδος, αφαιρεί την υπεραφθονία μονοπόλων των θεωριών μεγάλης ενοποίησης και προβλέπει ένα σχεδόν αναλλοίωτο ως προς την κλίμακα φάσμα διαταραχών που επιβεβαιώνεται από την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, καθιστώντας τον έναν κεντρικό, ελέγξιμο πυλώνα της σύγχρονης κοσμολογίας.

History

Ο Starobinsky πρότεινε ένα πρώιμο πληθωριστικό μοντέλο το 1980, και ο Guth εισήγαγε τον πληθωρισμό το 1981 για να λύσει τα προβλήματα ορίζοντα, επιπεδότητας και μονοπόλου. Οι Linde, Albrecht και Steinhardt ανέπτυξαν το σενάριο αργής κύλισης το 1982 που έλυσε προβλήματα της αρχικής έκδοσης του Guth και έγινε το καθιερωμένο πλαίσιο.

Debates

Προβλεψιμότητα και το πολυσύμπαν

Επειδή ο πληθωρισμός μπορεί να συμβεί σε πολλά μοντέλα και μπορεί να οδηγήσει σε ένα αιώνια διογκούμενο πολυσύμπαν, οι επικριτές αμφισβητούν πόσο διαψεύσιμος είναι, ενώ οι υποστηρικτές επισημαίνουν τις επιβεβαιωμένες γενικές του προβλέψεις, αφήνοντας την επιστημολογική του κατάσταση υπό συζήτηση.

Key figures

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

Seminal works

• guth1981
• linde1982

Frequently asked questions

Τι είναι το πρόβλημα ορίζοντα;

Περιοχές σε αντίθετες πλευρές του ουρανού έχουν την ίδια θερμοκρασία στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, παρόλο που, χωρίς πληθωρισμό, δεν θα μπορούσαν ποτέ να έχουν ανταλλάξει φως ή θερμότητα. Ο πληθωρισμός το λύνει αυτό κάνοντάς τες όλες να προέρχονται από ένα μικρό, αιτιωδώς συνδεδεμένο τμήμα.

Έχει αποδειχθεί ο πληθωρισμός;

Ο πληθωρισμός έχει περάσει σημαντικές δοκιμές, ειδικά τις σχεδόν αναλλοίωτες ως προς την κλίμακα, γκαουσιανές διακυμάνσεις που παρατηρούνται στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, αλλά δεν έχει αποδειχθεί. Μια ανίχνευση πρωταρχικών βαρυτικών κυμάτων μέσω πόλωσης Β-mode θα παρείχε πολύ ισχυρότερη επιβεβαίωση.