Космічна інфляція та ранній Всесвіт

Інфляція передбачає, що Всесвіт зазнав швидкоплинного сплеску експоненційного розширення в перший момент свого існування, що вирішило давні загадки та підготувало ґрунт для всього, що послідувало.

Definition

Космічна інфляція — це гіпотетична епоха прискореного, майже експоненційного розширення в дуже ранньому Всесвіті, що зазвичай спричинена потенційною енергією скалярного поля, яка розтягує крихітну причинно-зв'язану область, щоб охопити спостережуваний Всесвіт, і пояснює його однорідність та плоскість.

Scope

Ця тема охоплює мотивацію інфляції у проблемах горизонту, плоскості та монополя, динаміку повільно рухомого скалярного поля, або інфлятона, що спричиняє прискорене розширення, розігрів, який завершує інфляцію та наповнює Всесвіт матерією та випромінюванням, а також загальні передбачення, які роблять інфляцію перевіряємою.

Core questions

• Чому було запропоновано інфляцію?
• Як скалярне поле спричиняє прискорене розширення?
• Що відбувається, коли інфляція закінчується?

Key concepts

• Проблема горизонту
• Проблема плоскості
• Проблема монополя
• Поле інфлятона
• Повільне скочування
• Розігрів
• e-оберти

Key theories

Вирішення проблем горизонту та плоскості

Сплеск прискореного розширення змушує спостережуваний Всесвіт походити з єдиної причинно-зв'язаної ділянки та наближає просторову кривину до нуля, пояснюючи спостережувану однорідність та плоскість.

Повільна інфляція

Якщо скалярне поле повільно скочується по плоскому потенціалу, його майже постійна густина енергії поводиться як космологічна константа і підтримує експоненційне розширення, доки поле не досягне дна і не розпадеться, розігріваючи Всесвіт.

Mechanisms

Потенційна енергія повільно рухомого скалярного поля домінує над густиною енергії та діє як космологічна константа, спричиняючи експоненційне розширення, яке вирівнює простір та розріджує реліктові частинки; коли поле досягає свого потенційного мінімуму, воно осцилює та розпадається, розігріваючи Всесвіт до гарячого Великого Вибуху.

Clinical relevance

Інфляція є провідною теорією початкових умов Всесвіту: вона пояснює, чому космос однорідний та плоский, усуває надлишок монополів великих об'єднаних теорій та передбачає майже масштабно-інваріантний спектр збурень, підтверджений космічним мікрохвильовим фоном, що робить її центральним, перевіряємим стовпом сучасної космології.

History

Старобінський запропонував ранню інфляційну модель у 1980 році, а Гут представив інфляцію у 1981 році для вирішення проблем горизонту, плоскості та монополя; Лінде, Альбрехт та Стейнхардт розробили сценарій повільного скочування у 1982 році, який вирішив проблеми з оригінальною версією Гута та став стандартною основою.

Debates

Передбачуваність та мультивсесвіт

Оскільки інфляція може відбуватися в багатьох моделях і може призвести до вічно інфляційного мультивсесвіту, критики ставлять під сумнів її фальсифікованість, тоді як прихильники вказують на її підтверджені загальні передбачення, залишаючи її епістемічний статус предметом дискусій.

Key figures

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

Seminal works

• guth1981
• linde1982

Frequently asked questions

Що таке проблема горизонту?

Області на протилежних сторонах неба мають однакову температуру в космічному мікрохвильовому фоні, хоча без інфляції вони ніколи не могли б обмінюватися світлом або теплом; інфляція вирішує це, змушуючи їх усі походити з однієї невеликої, причинно-зв'язаної ділянки.

Чи доведена інфляція?

Інфляція пройшла важливі випробування, особливо майже масштабно-інваріантні, гаусові флуктуації, що спостерігаються в космічному мікрохвильовому фоні, але вона не доведена; виявлення первинних гравітаційних хвиль через В-модову поляризацію забезпечило б набагато сильніше підтвердження.