Kosmisk inflasjon og det tidlige univers

Inflasjonsteorien foreslår at universet gjennomgikk en flyktig periode med eksponentiell ekspansjon i sitt første øyeblikk, noe som løser langvarige gåter og la grunnlaget for alt som fulgte.

Definition

Kosmisk inflasjon er en hypotetisk epoke med akselerert, nesten eksponentiell ekspansjon i det svært tidlige universet, typisk drevet av den potensielle energien til et skalarfelt, som strekker et lite kausalt forbundet område til å omfatte det observerbare universet og forklarer dets uniformitet og flathet.

Scope

Dette emnet dekker motivasjonen for inflasjon i horisont-, flathets- og monopolproblemene, dynamikken til et sakte rullende skalarfelt, eller inflaton, som driver akselerert ekspansjon, rehetingen som avslutter inflasjonen og fyller universet med materie og stråling, og de generiske prediksjonene som gjør inflasjonen testbar.

Core questions

• Hvorfor ble inflasjon foreslått?
• Hvordan driver et skalarfelt akselerert ekspansjon?
• Hva skjer når inflasjonen slutter?

Key concepts

• Horisontproblem
• Flathetsproblem
• Monopolproblem
• Inflatonfelt
• Sakte-rull
• Reheating
• e-foldinger

Key theories

Løsning av horisont- og flathetsproblemene

Et utbrudd av akselerert ekspansjon gjør at det observerbare universet stammer fra et enkelt kausalt forbundet område og driver romkrumningen mot null, noe som forklarer den observerte uniformiteten og flatheten.

Sakte-rull-inflasjon

Hvis et skalarfelt ruller sakte ned et flatt potensial, oppfører dets nesten konstante energitetthet seg som en kosmologisk konstant og opprettholder eksponentiell ekspansjon til feltet når bunnen og desintegrerer, og reheater universet.

Mechanisms

Den potensielle energien til et sakte rullende skalarfelt dominerer energitettheten og fungerer som en kosmologisk konstant, og driver eksponentiell ekspansjon som flater ut rommet og fortynner relikvier; når feltet når sitt potensialminimum, oscillerer det og desintegrerer, og reheater universet til det varme Big Bang.

Clinical relevance

Inflasjon er den ledende teorien om universets initialbetingelser: den forklarer hvorfor kosmos er uniformt og flatt, fjerner monopoloverfloden i store enhetlige teorier, og forutsier et nesten skala-invariant spektrum av perturbasjoner bekreftet av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, noe som gjør den til en sentral, testbar pilaster i moderne kosmologi.

History

Starobinsky foreslo en tidlig inflasjonsmodell i 1980, og Guth introduserte inflasjon i 1981 for å løse horisont-, flathets- og monopolproblemene; Linde, Albrecht og Steinhardt utviklet sakte-rull-scenarioet i 1982 som løste problemer med Guths originale versjon og ble standardrammeverket.

Debates

Forutsigbarhet og multiverset

Fordi inflasjon kan forekomme i mange modeller og kan gi opphav til et evig ekspanderende multivers, stiller kritikere spørsmål ved hvor falsifiserbar den er, mens tilhengere peker på dens bekreftede generiske prediksjoner, noe som gjør dens epistemiske status omdiskutert.

Key figures

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

Seminal works

• guth1981
• linde1982

Frequently asked questions

Hva er horisontproblemet?

Regioner på motsatte sider av himmelen har samme temperatur i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen selv om de, uten inflasjon, aldri kunne ha utvekslet lys eller varme; inflasjon løser dette ved at alle stammer fra ett lite, kausalt forbundet område.

Er inflasjon bevist?

Inflasjon har bestått viktige tester, spesielt de nesten skala-invariante, gaussiske fluktuasjonene sett i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, men den er ikke bevist; en deteksjon av primordiale gravitasjonsbølger gjennom B-modepolarisering ville gi en mye sterkere bekreftelse.