Prima a doua a universului, atunci ce sa întâmplat, revista Popular Mechanics

Pierderea de radiații de fond, pe care acum o vedem de pe Pământ, venind de la o distanță de 46 de miliarde de ani lumină (în conformitate cu scala de însoțire), a călătorit un pic mai puțin de 14 miliarde de ani. Cu toate acestea, atunci când această lumină a început călătoria sa, vârsta universului a fost de doar 300.000 de ani. În acest timp, lumina poate merge tot drumul, în consecință, doar 300 000 de ani lumină (cercuri mici), și două puncte de pe ilustrațiile pur și simplu nu a putut să comunice între ele - ele nu se intersectează orizontul cosmologic.

Un univers plat demonstrează o soluție lărgește în cadrul unei cosmologii inflationist plat Universe. Deoarece raza sferei porțiunii selectate a suprafeței sale de creștere devine tot mai plat. În același mod expansiunea exponențială a spațiu-timp în etapa a inflației a condus la faptul că Universul nostru este acum aproape plat

Model de inflație cosmologice, rezolvă multe dintre inconsistențele teoriei Big Bang-ului, susține că într-un timp foarte scurt, dimensiunea bule, din care sa format universul nostru, a crescut de 10 * 50 de ori. După aceea, universul a continuat să se extindă, dar mult mai lent

descoperire conceptuală a fost posibil datorită unei ipoteze foarte frumos, născut într-o încercare de a găsi o cale de ieșire din cele trei diferențe majore între teoria Big Bang - problema unui univers plat, problema orizontului și problema poli magnetici.

particule rare

De la mijlocul anilor 1970, fizicienii au început să lucreze la modelele teoretice ale Marii Uniri trei interacțiuni fundamentale - puternice, slabi și electromagnetice. Multe dintre aceste modele au condus la concluzia că, la scurt timp după Big Bang trebuie să fi fost născut particule masive foarte abundente care poartă o singură încărcare magnetică. În cazul în care vârsta universului a ajuns la 10 -36 secunde (conform unor estimări, chiar ceva mai devreme), interacțiunea puternică separat de electroslabe și-a câștigat independența. Astfel, într-un vid format cu un defect topologic punct în masă 15 octombrie -10 16 mai mare decât masa nu exista protoni. Atunci când, la rândul său, împărțit în interacțiunea electroslaba este slabă și electromagnetică, și a existat o adevărată electromagnetism, aceste defecte se găsesc taxele magnetice și a început o viață nouă - în formă de poli magnetici.

Acest model frumos de cosmologie a pus în fața unei probleme neplăcute. „Northern“ monopolii magnetice anihila la coliziune cu „sud“, dar altfel particulele sunt stabile. Din cauza imens de standardele scalei nanograme maselor microcosmos la scurt timp după naștere, au fost necesare pentru a încetini la viteze non-relativiste, împrăștiate în spațiu și păstrat până în zilele noastre. Conform standardului modelul Big Bang, densitatea lor actuală ar trebui să fie aproximativ egală cu densitatea de protoni. Dar, în acest caz, densitatea totală a energiei cosmice în cel puțin ori cvadrilion mai mare decât ar fi real.

Toate încercările de a detecta monopolii încă nu reușește. După cum se arată în căutare minereuri monopolii de fier și apă de mare, raportul dintre numărul lor la numărul de protoni este mai mic de 10 -30. Oricare dintre aceste particule nu există în regiunea noastră de spațiu, sau atât de puțin că dispozitivele nu sunt în măsură să le înregistreze, în ciuda semnăturii magnetice clare. Acest lucru este confirmat de observații astronomice: existența monopoli ar trebui să afecteze câmpurile magnetice ale galaxiei noastre, dar acest lucru nu este dezvăluit.

Desigur, se poate presupune că monopolii nu au fost niciodată. Unele modele de unificare a interacțiunilor fundamentale și nu necesită într-adevăr aspectul lor. Dar problemele la orizont și să rămână universul plat. Sa întâmplat că la sfârșitul anilor 1970, cosmologia sa confruntat cu obstacole serioase pentru a depăși în mod clar care este nevoie de idei noi.

presiune negativă

Iar aceste idei sunt lente să apară. Cel mai important dintre acestea a fost ipoteza că în spațiul cosmic, în plus față de substanța și radiația există un câmp scalar (sau câmpuri) care creează o presiune negativă. Această situație este paradoxală, totuși se găsește în viața de zi cu zi. Sistem cu presiune pozitivă, cum ar fi gaz comprimat pierde energie în timpul expansiunii și răcit. Banda elastica, pe de altă parte, într-o stare de presiune negativă, deoarece, spre deosebire de gaz, aceasta tinde să nu se extindă și să se micșoreze. În cazul în care o astfel de banda stretch rapid, ea se încălzește și crește de energie termică. Când profilându univers cu presiune negativa acumulează energie care descalcire, poate da naștere la particule și cuante de lumină.

Presiunea negativa poate avea valori diferite. Dar există un caz special în cazul în care aceasta este egală cu densitatea energiei cosmice cu semnul opus. În acest scenariu, această densitate rămâne constantă în timpul spațiul de expansiune, deoarece presiunea negativă compensează în creștere particule „vid“ și cuante de lumină. De la Friedman-Lemaitre ecuații care universul în acest caz, este extins exponențial.

Ipoteza de expansiune exponențială vă permite să rezolve toate cele trei probleme enumerate mai sus. Să presupunem că universul a apărut din mica „bula“ spațiu puternic curbat, care a fost supus unor transformări, a pus spațiul de presiune negativă și, astfel, forțând-o să se extindă exponențial. Firește, după dispariția acestei presiuni, universul va reveni la expansiunea anterioară „normală“.

Rezolvarea problemelor

Presupunem că raza universului înainte de a intra exponent al tuturor câteva ordine de mărime mai mare decât lungimea Planck, 10 -35 m. În cazul în care crește în faza exponențială de, să zicem, 10 până la 50 de ori, pentru a ajunge la sfârșitul ei de o mie de ani lumină. Oricare ar fi diferența dintre setarea curbarea spatiului de la una la începutul expansiunii, până la sfârșitul anului acesta este redus la 10 -100 de ori, adică, spațiul va fi perfect plat!

În mod similar, rezolvarea problemei monopolurilor. În cazul în care defectele topologice, care a devenit predecesorii lor au apărut înainte sau chiar în timpul expansiunii exponențială, apoi la capătul ei trebuie să se mute departe unul de altul în distanțele gigantice. De atunci, universul sa extins considerabil, iar densitatea monopole a scăzut la practic zero. Calculele arată că, chiar dacă spațiul pentru a explora un cub cu o margine de un miliard de ani lumină, și acolo cu cel mai înalt grad de probabilitate nu există un singur monopole.

Ipoteza de expansiune exponențială sugerează și ușor de a scăpa de problema orizontului. Să presupunem că dimensiunea embrionului „bula“, care a început universul nostru nu depășește un mod care a trebuit să treacă lumina după Big Bang. În acest caz, se poate stabili un echilibru termic, pentru a se asigura egalitatea temperaturii pe întregul volum, care a rămas la expansiunea exponențială. O astfel de explicație se găsește în multe manuale cosmologie, dar puteți face fără ea.

De la un balon

Dar modelul Guth a avut încă un defect serios. Aceasta a permis apariția unei multitudini de zone de inflație sunt supuse coliziune unele cu altele. Acest lucru a dus la formarea de spațiu extrem de dezordonat, cu densitate neuniformă a materiei și radiații, care este total diferit de spațiul real. La scurt timp, cu toate acestea, Andrei Linde, de la Institutul de Fizică al Academiei de Științe (Fian), iar mai târziu de Andreas Albrecht și Paul Steinhardt de la Universitatea din Pennsylvania au arătat că, dacă schimbați ecuația câmpului scalar, atunci totul se încadrează în loc. A urmat un scenariu în care toate universul observabil provenit dintr-un balon de vid, separat de celelalte zone ale inflației pe distanțe mari inimaginabil.

inflație haotică

În 1983, Andrei Linde a făcut o altă descoperire, a dezvoltat teoria inflației haotic, care este utilizat pentru a explica și compoziția universului, și uniformitatea CMB. În timpul inflației, orice eterogenitate anterioară a câmpului scalar sunt întinse atât de mult încât, practic, dispar. În etapa finală a inflației, acest câmp începe să oscileze rapid în apropierea minimului de energia sa potențială. Particulele Astfel abundente născuți și fotonii care interacționează puternic unul cu celălalt și să ajungă la o temperatură de echilibru. Deci, la sfârșitul inflației avem un Univers fierbinte plat, care dilată apoi scriptat deja Big Bang. Acest mecanism explică de ce astăzi suntem martorii cosmice radiatia de fond de microunde cu fluctuații de temperatură, minusculi care pot fi atribuite fluctuații cuantice în prima fază a universului. Astfel, teoria inflației haotice a permis problema orizontului și fără presupunerea că înainte de expansiunea exponențială a universului embrionare este într-o stare de echilibru termic.

Potrivit Linda substanță de model și distribuția radiației în spațiul după inflație, pur și simplu trebuie să fie aproape perfect uniforme, cu excepția urmelor de fluctuații cuantice primare. Aceste fluctuații au dat naștere la variații locale de densitate, care au dat naștere în cele din urmă clusterele de galaxii și golurile de spațiu care le separă. Este foarte important faptul că, fără inflație, „întindere“ de fluctuațiile ar fi fost prea slab și nu ar putea deveni nuclee de galaxii. În general, mecanismul de inflație are extrem de puternic și versatil creativitatea cosmologică - dacă ceva, apare ca un Demiurg universal. Deci, titlul acestui articol - în nici un caz o exagerare.

Baremele de ordinul a sutimi de o magnitudine a universului (acum sute de Mpc) structura sa a fost și rămâne omogen și izotrop. Cu toate acestea, la scara întregului cosmos uniformitate dispare. Inflația se oprește zona de apă și începe alta, și așa mai departe ad infinitum. Acest proces fără sfârșit de auto-replicare, care genereaza ramificare multe lumi - multivers. Aceleași legi fizice fundamentale sunt acolo pentru a fi realizate într-o varietate de înfățișări - de exemplu, o forță internă și o taxă de electroni în alte universuri poate fi diferită de a noastră. Această imagine fantastică este acum discută destul de serios și fizică, și cosmologie.

luptă de idei

Acum, încă un pas și ar trebui să fie făcut pentru a înțelege structura universului nostru. Aceste lucrări sunt realizate, dar există dificultăți tehnice enorme, și ce se întâmplă, ca urmare, nu este clar. Colegii mei și cu mine suntem ultimii doi ani având o familie de modele hibride, care se bazează pe supercorzilor și supergravitatie. Progresul este, suntem deja în măsură să descrie multe lucruri din viața reală. De exemplu, suntem aproape de a înțelege de ce acum atât de mică densitate de energie de vid, care este doar de trei ori mai mare decât densitatea particulelor și a radiațiilor. Dar trebuie să mergem mai departe. Așteptăm cu nerăbdare rezultatele observator spațial Planck observații, care măsoară caracteristicile spectrale ale radiației cosmice de fond cu o rezoluție foarte mare. Este posibil ca dispozitivele de citire să fie permisă sub cuțit de clase întregi de modele inflaționiste și va da un impuls pentru dezvoltarea unor teorii alternative. "

La egalitate cu evoluție

„Paradigma inflaționistă este acum pusă în aplicare într-o varietate de opțiuni, printre care nu există nici un lider recunoscut, - a declarat directorul Institutului de Cosmologie de la Universitatea Tufts Aleksandr Vilenkin. - Modelele sunt multe, dar nimeni nu știe care unul este corect. Prin urmare, pentru a vorbi despre unele progrese dramatice realizate în ultimii ani, nu ar fi. Da, și încă mai au destule dificultăți. De exemplu, nu este clar cum să compare probabilitățile evenimentelor prezise de unul sau un alt model. În universul etern, fiecare eveniment ar trebui să se întâmple de nenumărate ori. Deci, este necesar să se compare infinit, și este foarte dificil să se calculeze probabilitățile. De asemenea, există problema nerezolvată de la începutul inflației. Cel mai probabil, este indispensabil, dar nu este încă clar cum să se apropie de el. Cu toate acestea, imaginea de inflație a lumii nu are concurenți serioși. Mi-ar compara cu teoria lui Darwin, care a avut inițial prea multe neconcordanțe. Cu toate acestea, alternativa ea nu a apărut, iar în cele din urmă a câștigat recunoașterea de oameni de știință. Se pare că conceptul de inflație cosmologice va putea face față tuturor dificultăților. "