Kozmická inflácia a raný vesmír

Inflácia predpokladá, že vesmír prešiel v prvom okamihu prchavým výbuchom exponenciálnej expanzie, čím vyriešil dlhotrvajúce hádanky a pripravil pôdu pre všetko, čo nasledovalo.

Definition

Kozmická inflácia je hypotetická epocha zrýchlenej, takmer exponenciálnej expanzie vo veľmi ranom vesmíre, typicky poháňaná potenciálnou energiou skalárneho poľa, ktorá roztiahne malú kauzálne spojenú oblasť tak, aby zahŕňala pozorovateľný vesmír a vysvetľuje jeho uniformitu a rovinnosť.

Scope

Táto téma zahŕňa motiváciu inflácie v problémoch horizontu, rovinnosti a monopólu, dynamiku pomaly sa valiaceho skalárneho poľa, alebo inflatónu, ktoré poháňa zrýchlenú expanziu, ohrev, ktorý ukončuje infláciu a napĺňa vesmír hmotou a žiarením, a všeobecné predpovede, ktoré robia infláciu testovateľnou.

Core questions

• Prečo bola inflácia navrhnutá?
• Ako skalárne pole poháňa zrýchlenú expanziu?
• Čo sa stane, keď inflácia skončí?

Key concepts

• Problém horizontu
• Problém rovinnosti
• Problém monopólu
• Inflatónové pole
• Pomalé valenie
• Ohrev
• e-sklady

Key theories

Riešenie problémov horizontu a rovinnosti

Výbuch zrýchlenej expanzie spôsobí, že pozorovateľný vesmír pochádza z jedného kauzálne spojeného miesta a tlačí priestorovú zakrivenosť k nule, čím vysvetľuje pozorovanú uniformitu a rovinnosť.

Pomalá inflácia

Ak sa skalárne pole pomaly valí po plochom potenciáli, jeho takmer konštantná hustota energie sa správa ako kozmologická konštanta a udržuje exponenciálnu expanziu, kým pole nedosiahne dno a nerozpadne sa, čím ohreje vesmír.

Mechanisms

Potenciálna energia pomaly sa valiaceho skalárneho poľa dominuje hustote energie a pôsobí ako kozmologická konštanta, poháňajúc exponenciálnu expanziu, ktorá splošťuje priestor a riedi relikty; keď pole dosiahne svoje potenciálne minimum, osciluje a rozpadá sa, čím ohrieva vesmír do horúceho Veľkého tresku.

Clinical relevance

Inflácia je vedúcou teóriou počiatočných podmienok vesmíru: vysvetľuje, prečo je kozmos uniformný a plochý, odstraňuje prebytok monopólov veľkých zjednotených teórií a predpovedá takmer škálovo invariantné spektrum perturbácií potvrdené kozmickým mikrovlnným pozadím, čo z nej robí centrálny, testovateľný pilier modernej kozmológie.

History

Starobinsky navrhol skorý inflačný model v roku 1980 a Guth zaviedol infláciu v roku 1981 na vyriešenie problémov horizontu, rovinnosti a monopólu; Linde, Albrecht a Steinhardt vyvinuli scenár pomalého valenia v roku 1982, ktorý vyriešil problémy s Guthovou pôvodnou verziou a stal sa štandardným rámcom.

Debates

Prediktívnosť a multivesmír

Pretože inflácia sa môže vyskytovať v mnohých modeloch a môže viesť k večne sa nafukujúcemu multivesmíru, kritici spochybňujú jej falzifikovateľnosť, zatiaľ čo zástancovia poukazujú na jej potvrdené všeobecné predpovede, čo ponecháva jej epistemický status predmetom diskusií.

Key figures

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

Seminal works

• guth1981
• linde1982

Frequently asked questions

Čo je problém horizontu?

Oblasti na opačných stranách oblohy majú rovnakú teplotu v kozmickom mikrovlnnom pozadí, aj keď bez inflácie by si nikdy nemohli vymeniť svetlo ani teplo; inflácia to rieši tým, že všetky pochádzajú z jedného malého, kauzálne spojeného miesta.

Bola inflácia dokázaná?

Inflácia prešla dôležitými testami, najmä takmer škálovo invariantnými, gaussovskými fluktuáciami pozorovanými v kozmickom mikrovlnnom pozadí, ale nie je dokázaná; detekcia primordiálnych gravitačných vĺn prostredníctvom B-módovej polarizácie by poskytla oveľa silnejšie potvrdenie.