Войти
Вечная инфляция - это гипотетическая модель инфляционной вселенной, которая сама по себе является результатом или расширением Теория Большого взрыва.
Согласно вечной инфляции, инфляционная фаза расширения Вселенной длится вечно на протяжении большей части Вселенной. Поскольку регионы расширяются экспоненциально быстро, большая часть объема Вселенной в любой момент времени раздувается. Таким образом, вечная инфляция создает гипотетически бесконечную мультивселенную, в которой только незначительный фрактальный объем прекращает инфляцию.
Пол Стейнхардт, один из первых создателей инфляционной модели, представил первый пример вечной инфляции в 1983 году, а Александр Виленкин показал, что это общий характер.
Инфляция, или теория инфляционной вселенной, изначально была разработана как способ преодолеть несколько оставшихся проблем с тем, что в остальном считалась успешной космологической теорией, модель Большого взрыва.
В 1979 году Алан Гут представил инфляционную модель Вселенной, чтобы объяснить, почему Вселенная плоская и однородная (что относится к плавному распределению материи и излучения в больших масштабах). Основная идея заключалась в том, что Вселенная пережила период быстро ускоряющегося расширения через несколько мгновений после Большого взрыва. Он предложил механизм начала инфляции: ложный вакуум энергия. Гут ввел термин «инфляция» и был первым, кто обсудил теорию с другими учеными всего мира.
Первоначальная формулировка Гута была проблематичной, так как не было последовательного способа положить конец инфляционной эпохе и получить горячую, изотропную однородную Вселенную, наблюдаемую сегодня. Хотя ложный вакуум мог распадаться на пустые «пузыри» «истинного вакуума», которые расширялись со скоростью света, пустые пузыри не могли объединиться, чтобы повторно нагреть Вселенную, потому что они не могли угнаться за оставшейся надувной Вселенной.
В 1982 году эта «проблема изящного выхода » была решена независимо Андреем Линде и Андреасом Альбрехтом и Полем Стейнхардтом, которые показали как положить конец инфляции, не создавая пустых пузырей, а вместо этого получить горячую расширяющуюся Вселенную. Основная идея заключалась в том, чтобы иметь непрерывный "медленный прокат" или медленную эволюцию от ложного вакуума к истинному без образования пузырьков. Усовершенствованная модель получила название «новая инфляция».
В 1983 году Пол Стейнхардт первым показал, что эта «новая инфляция» не должна заканчиваться везде. Вместо этого он может закончиться только конечным участком или горячим пузырем, полным материи и излучения, и эта инфляция продолжается в большей части Вселенной, создавая горячий пузырь за горячим пузырем на своем пути. Александр Виленкин показал, что, когда квантовые эффекты включены должным образом, это действительно характерно для всех новых моделей инфляции.
Используя идеи, предложенные Стейнхардтом и Виленкиным, Андрей Линде в 1986 году опубликовал альтернативную модель инфляции, в которой эти идеи использовались для предоставьте подробное описание того, что стало известно как теория хаотической инфляции или вечная инфляция.
Новая инфляция не создает идеально симметричную Вселенную из-за квантовых флуктуаций во время инфляции. Колебания вызывают различие энергии и плотности вещества в разных точках пространства.
Квантовые колебания в поле гипотетической инфляции вызывают изменения в скорости расширения, которые ответственны за вечную инфляцию. Те регионы с более высоким уровнем инфляции расширяются быстрее и доминируют во вселенной, несмотря на естественную тенденцию прекращения инфляции в других регионах. Это позволяет инфляции продолжаться вечно, порождая вечную инфляцию в будущем. В качестве упрощенного примера предположим, что во время инфляции естественная скорость распада поля inflaton мала по сравнению с эффектом квантовой флуктуации. Когда мини-вселенная раздувается и "самовоспроизводится", скажем, в двадцать причинно-несвязанных мини-вселенных, равных по размеру исходной мини-вселенной, возможно, девять из новых мини-вселенных будут иметь больше, чем меньше, среднее значение поля инфлатона, чем исходная мини-вселенная, потому что они надувались из областей исходной мини-вселенной, где квантовая флуктуация подтолкнула значение инфлатона вверх больше, чем медленная скорость затухания инфляции снизила его значение. Первоначально существовала одна мини-вселенная с заданным значением инфлатона; теперь есть девять мини-вселенных, которые имеют немного большее значение инфлатона. (Конечно, есть также одиннадцать мини-вселенных, где значение инфлатона немного ниже, чем оно было изначально.) Каждая мини-вселенная с большим значением поля инфлатона перезапускает аналогичный цикл приблизительного самовоспроизведения внутри себя. (Мини-вселенные с более низкими значениями инфлатона также могут воспроизводиться, если их значение инфлатона не достаточно мало, чтобы область выпала из инфляции и прекратила самовоспроизведение.) Этот процесс продолжается бесконечно; девять мини-вселенных с высоким уровнем инфлатона могут превратиться в 81, затем в 729... Таким образом, существует вечная инфляция.
В 1980 году квантовые флуктуации были предложены Вячеславом Мухановым и Геннадием. Чибисова в Советском Союзе в контексте модели модифицированной гравитации, разработанной Алексеем Старобинским, чтобы быть возможными зачатками для формирования галактик.
В контексте инфляции квантовые флуктуации были впервые проанализированы на трехнедельном семинаре Наффилда 1982 года по очень ранней Вселенной в Кембриджском университете. Средняя сила колебаний была сначала рассчитана четырьмя группами, работавшими отдельно в ходе семинара: Стивен Хокинг ; Старобинский; Гут и Со-Юнг Пи; и Джеймс М. Бардин, Пол Стейнхард и Майкл Тернер.
Ранние расчеты, проведенные в Nuffield Workshop, были сосредоточены только на средних колебаниях, величина которых слишком мала для влияют на инфляцию. Однако, начиная с примеров, представленных Стейнхардтом и Виленкиным, позже было показано, что та же самая квантовая физика порождает случайные большие флуктуации, которые увеличивают темп инфляции и поддерживают инфляцию вечно.
Анализируя данные со спутника Planck за 2013 год, Анна Иджас и Пол Стейнхардт показали, что простейшие инфляционные модели из учебников были исключены, а остальные модели требуют экспоненциально более точных начальных условий, более параметры, подлежащие корректировке, и меньше инфляции. Более поздние наблюдения Планка, опубликованные в 2015 году, подтвердили эти выводы.
В статье 2014 года Кохли и Хаслама поставили под сомнение жизнеспособность теории вечной инфляции, проанализировав теорию хаотической инфляции Линде, в которой квантовые флуктуации моделируются как гауссово белое шум. Они показали, что в этом популярном сценарии вечная инфляция на самом деле не может быть вечной, а случайный шум приводит к тому, что пространство-время заполняется сингулярностями. Это было продемонстрировано, показывая, что решения уравнений поля Эйнштейна расходятся за конечное время. Таким образом, в их статье сделан вывод, что теория вечной инфляции, основанная на случайных квантовых флуктуациях, не будет жизнеспособной теорией, и возникающее в результате существование мультивселенной «все еще остается открытым вопросом, который потребует гораздо более глубокого исследования».
В 1983 году было показано, что инфляция может быть вечной, что привело к мультивселенной, в которой пространство разбивается на пузыри. или патчи, свойства которых различаются от патча к патчу, охватывая все физические возможности.
Пол Стейнхардт, создавший первый пример вечной инфляции, в конце концов стал ярым и ярым противником этой теории. Он утверждал, что мультивселенная представляет собой крах инфляционной теории, потому что в мультивселенной возможен любой исход, поэтому инфляция не дает никаких прогнозов и, следовательно, не поддается проверке. Следовательно, утверждал он, инфляция не является ключевым условием научной теории.
Однако и Линде, и Гут продолжали поддерживать теорию инфляции и мультивселенную. Гут заявил:
Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я думаю, что определенно необходимо провести исследования. Но большинство моделей инфляции действительно приводят к мультивселенной, и свидетельства инфляции подталкивают нас к серьезному восприятию идеи мультивселенной.
Согласно Линде, «можно изобрести модели инфляции, которые не позволяют мультивселенная, но это сложно. Каждый эксперимент, повышающий достоверность инфляционной теории, приближает нас к намекам на то, что мультивселенная реальна ".
В 2018 году покойный Стивен Хокинг и Томас Хертог опубликовал статью, в которой исчезает необходимость в бесконечной мультивселенной, поскольку Хокинг описывает, что их теория дает вселенные, которые «достаточно гладкие и глобально конечные». Теория использует голографический принцип для определения «плоскости выхода» из вневременного состояния вечной инфляции, вселенные, которые генерируются на этой плоскости, описываются с использованием переопределения без границ волновая функция, на самом деле теория требует границы в начале времени. Проще говоря, Хокинг говорит, что их открытия «предполагают значительное сокращение мультивселенной», что, как указывает Кембриджский университет, делает теорию «предсказуемой и проверяемой» с использованием гравитационно-волновой астрономии.
