Andrey Dmitrievich Linde, Universitas Stanford (AS), profesor. 10 Juni 2007, Moskow, FIAN

Pertama, saya harus mengatakan bahwa saya sedikit pemalu. Saya telah berbicara di aula ini berkali-kali. Awalnya saya belajar di sini, dan ketika semuanya dimulai, saya adalah seorang mahasiswa di Universitas Moskow, saya datang ke sini untuk seminar, di FIAN. Dan setiap kali saya mengikuti seminar ini, itu menyakitkan, saya sangat menarik, dan juga sangat sulit. Semua yang dikatakan, saya mengerti, yah, sekitar sepuluh persen. Saya berpikir bahwa, mungkin, saya, yah, idiot, saya tidak mengerti apa-apa lagi, fisika tidak akan berhasil dari saya ... Tapi saya benar-benar ingin, saya terus berjalan. Saya masih memiliki pemahaman sepuluh persen ini: pada dasarnya, di seminar-seminar yang saya ikuti, saya mengerti sekitar sepuluh persen. Dan kemudian saya membuat laporan pertama saya di sini. Saya melihat wajah orang-orang, dan saya mendapat kesan bahwa mereka juga mengerti sepuluh persen. Dan kemudian kompleks inferioritas saya menghilang, sebagian karena paling sedikit. Sedikit, mungkin, masih tersisa ... Mengapa saya mengatakan ini? Topiknya cukup kompleks. Dan jika sepuluh persen sudah jelas, maka Anda berada di jalur yang benar.

Apa yang akan saya bicarakan sekarang berhubungan dengan teori Alam Semesta Inflasi. Alam Semesta Inflasi, dalam bahasa Rusia disebut "Alam Semesta Inflasi", tetapi nama standarnya adalah "inflasi". PADA baru-baru ini ada istilah seperti itu - "Multi-ayat". Ini adalah istilah yang menggantikan kata "Alam Semesta". Jadi, alih-alih satu alam semesta - banyak alam semesta sekaligus dalam satu. Nah, dalam bahasa Rusia, mungkin, terjemahan yang paling memadai adalah "Alam Semesta banyak sisi". Dan itulah yang akan saya bicarakan sekarang.

Tapi pertama-tama, pengantar umum tentang kosmologi secara umum. Dari mana kosmologi inflasi berasal (mengapa dibutuhkan)? Apa yang terjadi sebelumnya (teori Big Bang). Pertama, beberapa informasi biografi. Usia Semesta, menurut data pengamatan terbaru... Ketika saya berbicara tentang usia, setiap kali saya mengatakan dan di suatu tempat di jiwa saya, saya memberi koma kecil bahwa saya harus kembali ke ini dan kemudian mengatakan bahwa sebenarnya Semesta dapat menjadi tua tanpa batas. Nah, apa yang orang sebut usia alam semesta sekitar 13,7 miliar tahun akurat untuk ... mungkin lebih baik dari 10%. Sekarang orang tahu ini cukup baik. Ukuran bagian alam semesta yang dapat diamati... Apa yang dimaksud dengan "dapat diamati"? Nah, cahaya telah melakukan perjalanan ke kita selama 13,7 miliar tahun, jadi kalikan dengan kecepatan cahaya dan Anda mendapatkan jarak di mana kita sekarang melihat sesuatu. Saya mengatakan ini, tetapi dalam jiwa saya koma segera diletakkan lagi: pada kenyataannya, ini tidak benar. Karena kita melihat beberapa kali lebih jauh dari ini, karena benda-benda yang mengirimkan cahaya kepada kita 13,7 miliar tahun yang lalu, mereka sekarang lebih jauh dari kita. Dan kita melihat cahaya dari mereka, dan mereka lebih jauh, jadi pada kenyataannya kita melihat lebih dari kecepatan cahaya yang dikalikan dengan waktu keberadaan Semesta.

Lebih jauh. Massa jenis rata-rata suatu zat kira-kira 10 -29 g/cm3. Sangat kecil. Tapi kita tinggal di tempat yang memadat... Berat bagian alam semesta yang dapat diamati lebih dari 10 50 ton. Berat badan pada saat lahir ... tapi ini adalah hal yang paling menarik. Ketika alam semesta lahir, jika Anda menghitung dengan benar dari saat Big Bang, hampir waktunya t = 0 , maka beratnya harus tak terhingga. Jika Anda menghitung dari beberapa momen lain ... itu disebut momen Planck. Momen Planck adalah momen 10 pangkat minus... Nah, terkadang saya masih akan menulis di papan tulis ... Jadi, t Planck adalah sekitar 10 dikurangi empat puluh tiga detik ( t p ~ 10–43 detik). Ini adalah titik di mana, untuk pertama kalinya, kita dapat mempertimbangkan alam semesta dalam ruang-waktu normal, karena jika kita mengambil objek pada waktu kurang dari ini, atau pada jarak kurang dari jarak Planck (yaitu 10 -33 cm ), - jika kita mengambil jarak yang lebih kecil, maka pada jarak yang lebih kecil ruang-waktu berfluktuasi begitu kuat sehingga tidak mungkin untuk mengukurnya: penguasa menekuk, jam berputar, entah bagaimana tidak baik ... Oleh karena itu, pertimbangan normal dimulai mulai saat ini. Dan pada saat itu Alam Semesta memiliki bobot yang luar biasa besar. Saya akan memberi tahu Anda yang mana - sebentar lagi. Dan apa yang dilakukan Semesta yang mengalami inflasi: kami belajar bagaimana menjelaskan bagaimana Anda bisa mendapatkan seluruh Semesta dari kurang dari satu miligram materi. Semua yang kita lihat sekarang...

Dan mari kita lanjutkan, data awal. Model alam semesta yang paling sederhana, apa yang ada di buku teks, adalah tiga kemungkinan model Friedman. Yang pertama adalah alam semesta tertutup, [kedua] adalah alam semesta terbuka, dan [ketiga] adalah alam semesta datar. Gambar-gambar ini hanyalah contoh. Pengertiannya adalah sebagai berikut.

Di Sini pilihan paling sederhana- alam semesta datar. Geometri alam semesta datar sama dengan geometri meja datar, mis. garis sejajar tetap sejajar dan tidak pernah berpotongan. Apa bedanya, apa bedanya dengan meja datar? Fakta bahwa jika saya memiliki dua garis paralel ... misalnya, dua berkas cahaya menjadi sejajar satu sama lain ... Alam semesta mengembang, jadi meskipun sejajar, dua berkas cahaya, mereka menjauh satu sama lain karena fakta bahwa seluruh alam semesta mengembang. Oleh karena itu, mengatakan demikian - bahwa geometri meja datar - tidak sepenuhnya benar. Alam semesta adalah kurva dalam pengertian empat dimensi. Dalam pengertian tiga dimensi, itu datar.

Alam semesta tertutup itu seperti sifat geometris pada sifat-sifat permukaan bola. Artinya, jika saya memiliki dua garis sejajar di khatulistiwa, maka mereka berpotongan di kutub utara dan selatan. Garis paralel dapat berpotongan. Dan kita seperti hidup di permukaan bola, seperti kutu yang merayap di seluruh dunia. Tetapi analogi ini juga dangkal - dalam dua pengertian. Alam Semesta kita seperti bola tiga dimensi dalam ruang empat dimensi. Anda harus menggambar, tetapi pada kenyataannya hanya analogi ... Dan, selain itu, itu berkembang. Jika kita ingin pergi dari khatulistiwa ke kutub utara, maka kita tidak akan punya cukup waktu - alam semesta seperti itu mungkin runtuh, atau kita tidak akan sampai di sana, karena ia mengembang terlalu cepat.

Alam Semesta terbuka serupa dalam sifat-sifatnya dengan sifat-sifat hiperboloid, yaitu, jika saya memulai dua garis paralel di leher hiperboloid, mereka akan mulai menyimpang dan tidak pernah bertemu.

Ada tiga model utama. Mereka diusulkan oleh Friedman cukup lama, di tahun 20-an abad terakhir, dan Einstein tidak terlalu menyukainya. Saya tidak menyukainya, karena semuanya tampak bertentangan dengan ideologi yang dibesarkan oleh orang-orang pada waktu itu. Ideologinya adalah bahwa Semesta, bagaimanapun juga, adalah sistem koordinat, ya, koordinat, mereka tidak mengembang, itu hanya kisi-kisi. Orang-orang selalu percaya di Eropa - pada awalnya mereka percaya - bahwa alam semesta terbatas dan statis. Itu terbatas, karena Tuhan tidak terbatas, dan Semesta lebih kecil dari Tuhan, jadi itu pasti terbatas, tetapi statis ... yah, karena apa yang harus dilakukan - sistem koordinat ... Kemudian mereka meninggalkan asumsi pertama, dengan mengatakan bahwa Tuhan tidak akan rugi banyak, jika Dia memberikan salah satu atributnya kepada Alam Semesta dan menjadikannya tak terbatas, tetapi masih dianggap statis.

Ekspansi alam semesta adalah properti aneh yang diperjuangkan untuk waktu yang lama, sampai mereka melihat bahwa itu benar-benar mengembang. Ini berarti bahwa apa yang telah terjadi selama beberapa tahun terakhir secara eksperimental tidak fisika teoretis, tetapi dalam kosmologi eksperimental. Ternyata dua hal. Kita akan mulai dengan yang kedua. Pada tahun 1998, orang-orang melihat bahwa alam semesta sekarang mengembang dengan kecepatan yang semakin cepat. Apa yang dimaksud dengan dipercepat? Nah, ini berkembang dengan kecepatan tertentu. Sebenarnya ini agak salah...

Jadi disini sebuah adalah skala alam semesta sebuah dengan titik ( å ) adalah tingkat ekspansi alam semesta, sebuah dengan titik dibagi sebuah (å /sebuah) di sini sebuah, misalnya jarak dari satu galaksi ke galaksi lain, sebut saja huruf sebuah. Dan ini ( å /sebuah) adalah kecepatan di mana galaksi menjauh satu sama lain. Inilah hal ini å /sebuah= H) adalah konstanta Hubble, itu sebenarnya tergantung pada waktu. Jika benda ini semakin berkurang dari waktu ke waktu, bukan berarti alam semesta berhenti mengembang. Ekstensi berarti bahwa sebuah dengan titik lebih besar dari nol ( å > 0). Tetapi apa yang telah ditemukan orang sekarang adalah bahwa sekarang rezim ini secara asimtotik mendekati konstanta ( å /sebuah= H → const), yaitu tidak hanya sebuah dengan titik adalah positif, tetapi ini adalah hubungan mereka, cenderung konstan. Dan jika itu persamaan diferensial diselesaikan, ternyata faktor skala Semesta berperilaku asimtotik kira-kira sebagai berikut: sebuah ~ e H t- Alam semesta akan mengembang secara eksponensial, dan ini tidak terlalu diharapkan sebelumnya. Artinya, ini adalah perluasan Semesta yang dipercepat, dan sebelumnya, menurut teori standar, ternyata Semesta harus mengembang dengan perlambatan.

Inilah penemuan sembilan tahun terakhir. Pada awalnya, orang berpikir bahwa, baik, di suatu tempat kesalahan eksperimental, sesuatu yang lain, kemudian mereka mulai menyebutnya dengan kata-kata yang berbeda - konstanta kosmologis, energi vakum, energi gelap ... Jadi inilah yang terjadi baru-baru ini. Teori yang akan saya bicarakan sekarang adalah kosmologi inflasi. Ini mengasumsikan (dan sekarang tampaknya semakin banyak bahwa itu mungkin asumsi yang benar, kita masih belum tahu pasti - ada teori yang bersaing, meskipun saya tidak menyukainya di sana, tetapi, oleh karena itu, ini adalah sudut pandang ) - tapi sepertinya apa ini hal yang benar, - ada apa alam semesta awal Rupanya, Alam Semesta juga mengembang dengan kecepatan yang dipercepat. Selain itu, dengan percepatan yang jauh lebih besar daripada yang berkembang sekarang - oleh puluhan kali lipat percepatan yang lebih besar. Kedua penemuan ini ... tampaknya, mereka harus mencoba untuk menafsirkannya.

Jadi, gambar yang sering digambar bersamaan... Di sini (jangan lihat gambar merah untuk saat ini) adalah gambar standar, dari buku teks. Jika Semesta tertutup - yaitu, geometrinya mirip dengan geometri bola, permukaan bola - maka ia muncul dari singularitas dan menghilang ke singularitas, ia memiliki masa hidup yang terbatas. Jika datar, maka ia muncul dari singularitas dan meluas hingga tak terhingga. Jika terbuka, maka ia juga terus bergerak dengan kecepatan konstan.

Apa yang terjadi, apa yang baru saja saya katakan tentang energi gelap ini, konstanta kosmologis, percepatan Semesta - ternyata berperilaku seperti ini. Dan ternyata dia berperilaku seperti ini, apapun itu- terbuka, tertutup, datar ... Secara umum, dalam kasus seperti itu, ini adalah hal seperti itu. Sekarang, jika kita membuka buku teks astronomi, pada dasarnya mereka masih menerbitkan tiga gambar ini di sini, dan inilah yang telah kita bahas selama beberapa tahun terakhir. Oleh karena itu, keberadaan yang terakhir ini adalah penemuan yang luar biasa, dan ini terkait dengan fakta bahwa orang-orang percaya bahwa ada kepadatan energi yang tidak nol dalam ruang hampa, dalam kekosongan. Ini sangat kecil: memiliki urutan yang sama dengan kerapatan energi materi di Semesta - 10–29 g/cm 3 . Dan ketika saya kadang-kadang membayangkan orang-orang ini, saya berkata: "Lihat, ini adalah orang-orang yang mengukur energi ... tidak ada." Jadi, inilah garis merahnya.

Gambaran umum distribusi energi ... Ketika saya mengatakan "energi", atau mengatakan "materi", "zat", maksud saya sama, karena, seperti yang kita ketahui, E sama dengan mc kotak ( E = mc 2), yaitu, dua hal ini proporsional satu sama lain ... Ada energi gelap ...

Anggaran total energi dan materi di Semesta diwakili oleh kue seperti itu: sekitar 74% adalah energi gelap. Apa itu, tidak ada yang tahu. Entah ini adalah energi ruang hampa, atau ini adalah energi dari medan skalar khusus yang terdistribusi merata secara perlahan - lebih lanjut tentang itu nanti. Nah, ini dia bagian terpisah, dia tidak remuk. Apa yang saya maksud dengan ini? Dia tidak tersesat ke galaksi. Materi gelap (sekitar 22% dari total anggaran) adalah sesuatu yang menggumpal, tetapi tidak kita lihat. Sesuatu yang dapat menyimpang ke dalam galaksi, tetapi tidak dapat kita lihat, tidak bersinar. Dan sekitar 4-5% adalah materi "normal". Berikut adalah anggaran dari semua masalah kami.

Dan ada misteri di luar sana. Mengapa mereka memiliki urutan yang sama, jumlah ini, dan mengapa ada begitu banyak energi semacam ini yang berada di kehampaan? Bagaimana bisa kami, sangat bangga, berpikir bahwa semuanya memiliki tipe yang sama dengan kami, tetapi mereka hanya memberi kami empat persen ... Jadi ...

Sekarang - Semesta inflasi. Sejauh ini, hanya ada referensi, sehingga jelas apa yang saya bicarakan, dan baru kemudian kasusnya akan dimulai. Inflasi adalah apa adanya. Inilah yang ada di gambar sebelumnya, bahwa Alam Semesta mulai dan mulai mengembang, dan, ingat, busur itu melengkung ke arah ini ... Sekarang, jika saya kembali, saya akan menunjukkan semua ini ... Anda lihat , semua busur - mereka melengkung seperti ini. Inflasi adalah bagian dari lintasan yang ada, seolah-olah, sebelum Big Bang dalam arti tertentu, sebelum busur mulai melengkung seperti itu. Ini adalah waktu ketika Alam Semesta mengembang secara eksponensial dan Alam Semesta mengembang dengan percepatan. Awalnya bisa memiliki ukuran yang sangat kecil, dan kemudian ada tahap ekspansi yang sangat cepat, kemudian menjadi panas, dan kemudian semua yang tertulis di buku teks terjadi: bahwa Alam Semesta itu panas, meledak seperti bola panas - itu semua setelah tahap inflasi, dan selama inflasi tidak mungkin ada partikel sama sekali. Berikut adalah referensi.

Jadi mengapa semua ini perlu? Dan kemudian, orang-orang itu melihat 25 tahun yang lalu - sedikit lebih sudah - pada teori Big Bang dan mengajukan pertanyaan yang berbeda. Saya akan membuat daftar pertanyaan.

Apa yang terjadi ketika tidak ada apa-apa? Jelas bahwa pertanyaannya tidak ada artinya, mengapa menanyakannya ... Buku teks oleh Landau dan Lifshitz mengatakan bahwa solusi persamaan Einstein tidak dapat dilanjutkan di wilayah waktu negatif, jadi tidak ada gunanya menanyakan apa yang terjadi sebelumnya. Tidak masuk akal, tetapi semua orang tetap bertanya.

Mengapa alam semesta homogen dan isotropik? Pertanyaan: mengapa, benar-benar? Apa yang dimaksud dengan homogen? Nah, jika kita melihat di sebelah kita, Galaksi kita tidak homogen. Di sebelah kita adalah tata surya - ketidakhomogenan besar. Tetapi jika kita melihat skala seluruh bagian Alam Semesta yang kita amati saat ini, 13 miliar tahun cahaya, maka rata-rata Alam Semesta di sebelah kanan dan kiri kita memiliki kerapatan yang sama, dengan akurasi sekitar satu sepersepuluh ribu, dan bahkan lebih baik dari itu. Jadi seseorang memolesnya, mengapa begitu seragam? Dan pada awal abad yang lalu, ini dijawab sebagai berikut. Ada hal yang disebut "prinsip kosmologis": bahwa alam semesta harus homogen.

Saya sering bercanda bahwa orang yang tidak memiliki ide bagus terkadang memiliki prinsip. Kemudian saya berhenti melakukannya, karena ternyata prinsip ini diperkenalkan khususnya oleh Albert Einstein. Hanya saja pada saat itu orang belum tahu, dan masih banyak buku tentang astronomi yang membahas tentang prinsip kosmologi - bahwa alam semesta harus homogen, karena ... yah, ini homogen!

Di sisi lain, kita tahu bahwa prinsip - prinsip itu harus sepenuhnya benar. Di sana, tidak tahu orang yang mengambil kecil suap, dia tidak bisa disebut orang yang berprinsip. Semesta kita sedikit heterogen - ia memiliki galaksi, mereka diperlukan bagi kita, jadi dari suatu tempat kita harus memahami dari mana galaksi itu berasal.

Mengapa semua bagian alam semesta mulai mengembang secara bersamaan? Bagian itu adalah Alam Semesta, dan bagian itu adalah Alam Semesta, mereka tidak berbicara satu sama lain ketika Alam Semesta baru saja mulai mengembang. Terlepas dari kenyataan bahwa ukuran Alam Semesta kecil, agar satu bagian Alam Semesta mengetahui bahwa yang lain mulai mengembang, orang yang tinggal di sini - yah, orang imajiner - perlu tahu bahwa bagian ini mulai berkembang. . Dan untuk ini dia harus menerima sinyal dari orang itu. Dan ini akan memakan waktu, sehingga orang tidak bisa setuju dengan cara apa pun, terutama di Alam Semesta yang tak terbatas, bahwa, hore, kita harus mulai berkembang, mereka telah mengizinkan ... Jadi, inilah mengapa semua bagian Semesta mulai mengembang bersamaan...

Mengapa alam semesta itu datar? Apa yang sekarang diketahui secara eksperimental adalah bahwa Semesta hampir datar, yaitu garis paralel, mereka tidak berpotongan di bagian Semesta yang dapat diamati. Cara, mengapa Apakah alam semesta itu datar? Kami diajarkan di sekolah bahwa garis paralel tidak berpotongan, tetapi di universitas mereka mengatakan bahwa Semesta dapat ditutup, dan mereka dapat berpotongan. Jadi mengapa Euclid benar? Tidak tahu…

Mengapa ada begitu banyak di alam semesta? partikel dasar? Ada lebih dari 10.87 partikel elementer di bagian Alam Semesta yang kita amati. Jawaban standar untuk itu adalah, yah, alam semesta itu besar, itulah sebabnya... mengapa apakah dia sebesar itu? Dan terkadang saya mengumpulkannya seperti ini: mengapa begitu banyak orang datang ke ceramah? - tapi karena ada begitu banyak orang di Moskow... - mengapa ada begitu banyak orang di Moskow? - dan Moskow hanya bagian dari Rusia, dan ada banyak orang di Rusia, beberapa datang ke kuliah ... - mengapa ada begitu banyak orang di Rusia, dan bahkan lebih banyak lagi di Cina? Secara umum, kita hanya hidup di satu planet, dan kita memiliki banyak planet di tata surya, dan sekarang lebih banyak planet masih ditemukan di Semesta, dan Anda tahu bahwa ada 10 11 bintang di Galaksi kita, dan oleh karena itu di suatu tempat ada planet, di suatu tempat ada orang, beberapa dari mereka datang ke kuliah ... Mengapa apakah ada begitu banyak bintang di galaksi kita? Tahukah Anda berapa banyak galaksi di bagian alam semesta kita? Sekitar 10 11 -10 12 galaksi, dan di masing-masing 10 11 bintang, planet-planet berputar di sekitar mereka, dan beberapa orang datang ke kuliah. Mengapa kita memiliki begitu banyak galaksi? Nah, karena Semesta itu besar... Jadi... dan di sini kita berakhir.

Dan jika kita mengambil, misalnya, Alam Semesta - Alam Semesta tertutup yang khas, yang akan memiliki satu-satunya ukuran khas yang tersedia di teori umum relativitas bersama dengan mekanika kuantum, - 10–33 cm, ukuran awal. Jadi, untuk memampatkan materi hingga kerapatan pembatas yang hanya mungkin (ini disebut kerapatan Planck, kerapatan Planck), kira-kira 10 94 g / cm 3 ... Mengapa ia membatasi? Ini tidak membatasi dalam arti bahwa tidak mungkin untuk melanjutkan, tetapi dalam arti bahwa jika Anda memampatkan materi dengan kepadatan seperti itu, maka Semesta mulai berfluktuasi sedemikian rupa sehingga tidak mungkin untuk menggambarkannya secara normal. Ini berarti bahwa jika kita mengambil dan memampatkan materi ke kepadatan tertinggi, memasukkan alam semesta tertutup ukuran alami ke dalamnya dan menghitung jumlah partikel dasar di sana, ternyata mengandung satu partikel dasar. Mungkin sepuluh partikel dasar. Dan kita membutuhkan 10 87 . Oleh karena itu masalah nyata- di mana, mengapa ada begitu banyak partikel elementer?

Masalahnya tidak berakhir di situ. Dari mana semua energi di alam semesta berasal? Saya bahkan tidak merumuskannya seperti ini sebelumnya, sampai saya diundang ke Swedia ke beberapa simposium Nobel yang didedikasikan untuk energi ... yaitu, orang-orang yang terlibat dalam produksi minyak, atau yang lainnya, berkumpul di sana. Dan mereka memberi saya kesempatan untuk membuka konferensi ini, dan laporan pertama... Saya tidak mengerti apa yang mereka inginkan dari saya? Saya tidak terlibat dalam produksi minyak, saya tidak terlibat dalam energi matahari dan energi angin, apa yang bisa saya katakan tentang energi secara umum? Nah, saya kemudian memulai laporan dengan fakta bahwa saya berkata: tahukah Anda dari mana energi berasal di Semesta? Apakah Anda tahu berapa banyak energi yang kita miliki? Mari berhitung.

Energi materi di alam semesta tidak kekal. Paradoks pertama. Kita tahu bahwa energi adalah kekal, tetapi ini tidak benar. Karena jika kita ambil, misalnya, kita memasukkan gas ke dalam sebuah kotak dan membiarkan kotak itu mengembang... Ini sebuah kotak - ini adalah Alam Semesta kita, biarkan kotak itu mengembang. Gas - memberikan tekanan pada dinding kotak. Dan ketika kotak mengembang, gas ini bekerja pada dinding kotak, dan karena itu ketika kotak mengembang, gas kehilangan energinya. Karena dia melakukan pekerjaan, semuanya benar, ada keseimbangan energi. Tetapi satu-satunya fakta adalah bahwa selama ekspansi Semesta, energi total gas berkurang. Karena ada persamaan standar: perubahan energi sama dengan dikurangi tekanan kali perubahan volume ( dE = –PdV). Volume Semesta tumbuh, tekanannya positif, sehingga energinya berkurang.

Di sini, di semua model Semesta, normal, yang dikaitkan dengan teori Big Bang, energi total Semesta menurun. Jika sekarang 10 50 ton, berapa awalnya? Karena energinya terbuang percuma. Jadi, pada awalnya seharusnya ada lebih banyak. Seseorang harus membuat alam semesta ini dengan lebih banyak energi daripada sekarang. Di sisi lain, ada sesuatu yang harus dipertahankan. Dan di mana energi ini dihabiskan selama perluasan Alam Semesta? Itu dihabiskan untuk fakta bahwa ukuran Semesta berubah, bahwa Semesta mengembang dengan kecepatan tertentu. Ada beberapa energi yang tersembunyi dalam geometri alam semesta. Ada energi yang berhubungan dengan gravitasi. Sehingga jumlah total energi materi dan energi gravitasi, itu disimpan. Tetapi hanya jika Anda menghitung jumlah totalnya. Ada metode penghitungan yang berbeda - dan sekali lagi koma diletakkan di sana - tetapi dengan metode penghitungan tertentu, jumlah total energi materi dan gravitasi, itu sama dengan nol. Artinya, energi materi dikompensasi oleh energi interaksi gravitasi, jadi ada nol. Dan oleh karena itu, ya, itu dimulai dari nol, itu akan berakhir dengan nol, semuanya dipertahankan, tetapi hanya hukum kekekalan ini, itu tidak terlalu berguna bagi kita. Dia tidak menjelaskan kepada kami dari mana energi sebesar itu berasal. Jadi berapa?

Di sini, menurut teori Big Bang, massa total materi pada awalnya, ketika alam semesta lahir, seharusnya melebihi 10 80 ton, ini sudah banyak. Ini cukup banyak... Dan jika saya menghitung semua ini bahkan langsung dari singularitas, maka seharusnya ada jumlah materi yang tak terbatas di Semesta. Dan kemudian muncul pertanyaan: di mana seseorang memberi kita jumlah materi yang tak terbatas ini, jika sebelum saat munculnya Semesta, yah, tidak ada apa-apa? Awalnya tidak ada apa-apa, dan kemudian tiba-tiba menjadi, dan begitu banyak sehingga entah bagaimana agak aneh. Artinya, siapa yang bisa melakukan ini?.. Tetapi fisikawan tidak ingin merumuskan pertanyaan sedemikian rupa, dan sekarang mereka tidak mau.

Oleh karena itu, mungkin bagus jika sebuah teori telah ditemukan yang memungkinkan, setidaknya pada prinsipnya, untuk menjelaskan bagaimana semua ini bisa dilakukan, mulai dari sepotong Alam Semesta dengan jumlah materi awal kurang dari satu miligram. Nah, ketika saya membicarakannya, saya pikir itu orang normal Saya pikir, jika hal seperti itu dikatakan sejak lama, atau jika kita tidak menulis persamaan pada saat yang sama, dan seterusnya ...

Saya ingat ketika saya diantar ke sini ke peneliti senior, mereka menelepon saya dan mulai bertanya kepada saya: "Apa yang Anda lakukan?" Dan saya mulai memberi tahu mereka bahwa di sini, saya bertunangan, khususnya, dalam bagian yang berbeda Mungkin ternyata hukum fisika dapat berbeda untuk alam semesta: sebagian ada, di sana, interaksi elektromagnetik, sebagian - tidak ... Mereka memberi tahu saya: "Yah, ini terlalu banyak!" Tapi ilmiah senior semua sama diberikan. Ini adalah teori Alam Semesta banyak sisi, yang akan saya ceritakan kepada Anda.

Sekarang kita masuk ke bisnis, ke teori kosmologi inflasi. Pertama, model paling sederhana. Model paling sederhana terlihat seperti ini. Di sini Anda memiliki beberapa medan skalar yang energinya sebanding dengan kuadrat medan skalar. Kata-kata paling sederhana pertama - dan sudah di sini muncul pertanyaan: apa itu medan skalar? Beberapa orang tahu, beberapa orang tidak. Beberapa orang tahu bahwa akselerator besar sedang dibangun di Swiss untuk menemukan partikel Higgs. Partikel Higgs adalah partikel yang seolah-olah merupakan kuantum eksitasi tipe khusus medan skalar. Artinya, orang telah menggunakan bidang ini untuk waktu yang lama, lebih dari tiga puluh tahun. Tetapi makna intuitif paling mudah dipahami dengan bantuan analogi. Di sini, di sini, ada 220 volt di jaringan. Jika hanya ada 220 volt dan tidak ada nol, seluruh Semesta akan diisi dengan 220 volt, maka tidak akan ada arus, tidak ada yang akan mengalir di mana pun, karena itu hanya akan menjadi keadaan vakum yang berbeda. Amerika memiliki 110 volt. Hal yang sama - jika hanya 110 volt, tidak ada yang akan mengalir ... Jika Anda memegang satu sisi dengan satu tangan, tangan yang lain dengan yang lain, Anda akan terbunuh di sana, karena perbedaan potensial adalah apa ... I harus berhenti…

Bagus. Jadi, medan skalar konstan adalah analog dari medan yang sama. Ini bukan analogi yang tepat, tetapi analogi perkiraan. Apa itu medan vektor? Bidang vektor - misalnya, elektromagnetik. memiliki besar dan arah. Apa itu medan skalar? Ia memiliki besar, tetapi tidak memiliki arah. Itulah perbedaannya, yaitu jauh lebih sederhana daripada medan elektromagnetik. Itu tidak memiliki arah, itu adalah skalar Lorentzian. Skalar Lorentzian - ini berarti sebagai berikut. Jika Anda berlari relatif terhadapnya, Anda tidak akan merasa bahwa Anda sedang berlari: tidak ada yang berubah. Jika Anda berbalik, tidak ada yang akan berubah juga, Anda tidak akan merasa bahwa Anda sedang berputar. Itu terlihat seperti ruang hampa jika tidak bergerak, jika konstan. Tetapi hanya ini yang merupakan ruang hampa khusus, karena dapat memiliki energi potensial. Ini adalah properti pertamanya. Dan kedua, jika Anda memiliki ruang hampa yang berbeda di berbagai bagian Semesta, maka ada juga berat partikel elementer yang berbeda, sifat yang berbeda, oleh karena itu, apakah medan skalar ini ada atau tidak, a) sifat-sifat partikel elementer bergantung, dan b) kerapatan energi vakum di Semesta bergantung, jadi ini, pada prinsipnya, hal penting. Sehingga teori paling sederhana, di mana energi medan skalar ini sebanding dengan kuadratnya.

Mari kita lihat persamaannya. Saya tidak akan memecahkan persamaan apa pun sekarang, tetapi saya akan menunjukkannya, jadi jangan takut ... Yang pertama adalah persamaan Einstein yang sedikit disederhanakan, yang mengatakan: ini adalah laju ekspansi Semesta dibagi dengan ukurannya, ini adalah kuadrat konstanta Hubble, dan ini sebanding dengan kepadatan energi materi di alam semesta. Dan sekarang saya ingin mengabaikan semuanya - di sana, gas, apa saja ... hanya menyisakan medan skalar. Dan di sini perlu untuk menulis konstanta gravitasi, masih ada delapan pi kali tiga ...

Sekarang mari kita lupakan konstanta gravitasi. Orang yang melakukan ilmu ini, mereka berkata: Baiklah, mari kita ambil konstanta gravitasi sama dengan satu, kecepatan cahaya sama dengan satu, konstanta Planck sama dengan satu, dan kemudian, ketika semuanya terpecahkan, kami akan memasukkannya kembali ke dalam solusi untuk membuatnya lebih mudah ...

Jadi, ini adalah persamaan Einstein yang sedikit disederhanakan, saya juga membuang beberapa istilah dari sana, yang dengan sendirinya dibuang dari sana setelah Semesta mulai meledak dengan cepat. Ini adalah persamaan gerak untuk medan skalar. Jangan lihat kontol itu sekarang. Ini adalah percepatan medan skalar, dan ini menunjukkan gaya yang diinginkan medan untuk mencapai energi minimumnya. Dan, agar lebih jelas, bandingkan ini dengan persamaan untuk osilator harmonik. Sekali lagi, jangan lihat anggota itu. Ini adalah percepatan osilator harmonik, sebanding dengan gaya pemulih. Yaitu, gaya yang menyeret medan osilator ke suatu titik x= 0, dan ini adalah percepatannya. Dan kita tahu bagaimana akhirnya. Osilator berosilasi seperti ini. Dan jika kita menambahkan istilah seperti itu, x dengan sebuah titik. Ini adalah kecepatan osilator. Artinya, jika kita menggerakkannya ke arah ini, akan menjadi jelas bahwa ini seperti gaya yang tidak memungkinkan osilator untuk bergerak dengan cepat. Ini seperti jika Anda memasukkan bandul ke dalam air, air akan menghentikannya dari berosilasi, dan itu akan berosilasi lebih lambat dan lebih lambat. Seolah-olah gaya gesekan atau viskositas.

Ternyata Semesta juga memiliki istilah serupa yang menggambarkan persamaan untuk medan skalar. Persamaan terlihat persis sama. Dan anggota ini mirip dengan yang ini. Ternyata di alam semesta efek gesekan terjadi jika alam semesta mengembang dengan cepat. Inilah triknya. Sekarang mari kita kembali ke gambar sebelumnya.

Saat itulah medan skalar ada di sini, maka medan skalar memiliki sedikit energi, Semesta mengembang perlahan, tidak ada gesekan. Jika medan skalar ada di sini, maka energinya sangat besar. Jika energinya sangat besar, mari kita lihat apa yang terjadi pada gambar selanjutnya.

Energinya sangat besar, konstanta Hubble besar, koefisien gesekannya besar. Jika koefisien gesekan besar, medan skalar menggelinding ke bawah dengan sangat lambat. Jika medan skalar menggelinding ke bawah dengan sangat lambat, maka untuk waktu yang lama ia tetap hampir konstan. Jika tetap hampir konstan, saya memecahkan persamaan ini: sebuah dengan titik di sebuah(å /sebuah) hampir konstan. Dan saya sudah memberi tahu Anda apa solusinya. Jika sebuah sebuah dengan titik di sebuah(å /sebuah) hampir konstan, maka ini adalah solusi eksponensial, persamaan diferensial paling sederhana. Dan dalam hal ini, Alam Semesta mulai mengembang secara eksponensial.

Logikanya begini: jika sangat penting medan skalar , kecepatan ekspansi Semesta yang tinggi, koefisien gesekan yang besar, medan menggelinding ke bawah dengan sangat lambat. Memecahkan persamaan diferensial dengan konstanta, kami mendapatkan ekspansi eksponensial, ini adalah inflasi. Semuanya sangat sederhana.

Sebelum itu, perlu, secara umum, menderita untuk memikirkannya, untuk mengurangi semuanya menjadi sederhana. Sebenarnya, semuanya dimulai dengan yang jauh lebih kompleks. Untuk pertama kalinya, Alyosha Starobinsky mulai mengungkapkan ide-ide semacam ini pada tahun 1979 di Rusia. Versinya tentang teori ini didasarkan pada gravitasi kuantum dengan koreksi tertentu - anomali konformal, teorinya sangat kompleks, tidak jelas bagaimana, di mana untuk memulai, tetapi teori itu, bagaimanapun, sangat populer saat itu di Uni Soviet, itu disebut "model Starobinsky". Tapi sedikit rumit, tidak jelas apa tujuannya. Dia ingin memecahkan masalah singularitas, tetapi tidak berhasil ...

Setelah itu, muncul apa yang sekarang disebut teori inflasi lama, diusulkan pada tahun 1981 oleh Alan Guth dari MIT - sekarang dia di MIT, dan dia dulu di SLAC, di sebelah Stanford. Dia menyarankan bahwa sejak awal Semesta terperangkap dalam energinya dalam keadaan vakum palsu, tidak bergerak ke mana pun, energinya konstan di sana, pada saat ini mengembang secara eksponensial, dan kemudian vakum palsu ini hancur berantakan dengan tabrakan, gelembung terbentuk, mereka bertabrakan ... Mengapa ini perlu? Dan keinginannya adalah untuk memecahkan daftar masalah yang saya tulis kepada Anda sebelumnya: mengapa alam semesta homogen, mengapa isotropik, mengapa begitu besar - tujuannya adalah ini. Dan itulah kelebihan karyanya. Bukan karena dia mengusulkan model - teorinya tidak berhasil, tetapi karena dia mengatakan bahwa akan sangat bagus untuk melakukan sesuatu seperti itu, dan kemudian kita akan menyelesaikan semua masalah ini sekaligus. Dan modelnya tidak berfungsi karena setelah tumbukan gelembung, Semesta menjadi sangat tidak homogen dan isotropik sehingga, seolah-olah, bahkan tidak perlu mencoba ...

Setelah itu, kami semua dalam keadaan krisis spiritual, karena ide itu sangat menyenangkan, sangat bagus, dan saya menderita sakit maag, mungkin karena kecewa tidak mungkin, itu tidak berhasil. Dan kemudian saya menemukan cara untuk melakukan apa yang saya sebut teori inflasi baru, dan kemudian saya menemukan hal sederhana tentang inflasi kacau ini, yang paling mudah. Dan kemudian menjadi jelas bahwa kita tidak berbicara tentang semacam trik, tetapi semuanya bisa sesederhana teori osilator harmonik.

Tapi mengapa semua ini perlu, saya tidak mengatakan. Tapi kenapa. Selama inflasi, selama tahap ini, ketika saya sedang bergulir, Semesta dapat mengembang sebanyak ini. Ini dalam model yang paling sederhana. Apa arti dari angka ini? Nah, sekarang saya akan memberi tahu Anda apa artinya. Contoh dari aritmatika. Skala terkecil adalah 10–33 cm, saya mengalikannya dengan sepuluh, dan kemudian jumlah nol seperti itu digambar di sini - tidak peduli berapa banyak nol. Sekarang muncul pertanyaan: apa produknya? Dan jawabannya adalah di sini, itu sama dengan hal yang sama - artinya 10-33 tidak bisa lagi ditulis, ini adalah hal yang kecil. Ini berarti bahwa alam semesta ternyata memiliki ukuran yang sangat besar. Berapa banyak yang kita lihat sekarang? 13 miliar tahun ini, dikalikan dengan kecepatan cahaya, adalah sekitar 10 28 cm Tapi tidak peduli apa - sentimeter atau milimeter, tidak peduli apa. Yang penting ini, yah, jauh lebih kecil dari ini.

Artinya, bagian kita yang dapat diamati dari Semesta - kita berada di suatu tempat di sini. ( Bisakah Anda melunasinya sekarang?) Alam semesta mulai mengembang, membengkak, membengkak, membengkak, dan kita hidup, seolah-olah, di permukaan bola dunia yang besar ini. Dan itulah mengapa garis paralel tampak sejajar, itulah sebabnya tidak ada yang pernah melihat kutub utara dan selatan ini. Oleh karena itu, bagian kita dari Semesta, di suatu tempat di sini, itu dimulai di suatu tempat dari sini, dari hampir sebuah titik, dan karena itu semua sifat awal ada di sini, nah, mereka berdampingan, mereka kira-kira sama. Jadi di sini mereka sama.

Mengapa alam semesta begitu homogen? Nah, bayangkan Anda mengambil Himalaya dan memisahkannya berkali-kali. Artinya tidak ada yang akan pergi ke sana dengan ransel, karena dari lembah ke gunung akan memakan banyak waktu. Akan ada area datar. Oleh karena itu, Alam Semesta kita begitu datar, begitu homogen, sama ke segala arah.

Mengapa isotropik? Apa itu isotropik? Nah, itu terlihat seperti bola, sama ke segala arah, tapi bisa jadi seperti mentimun. Tetapi jika saya mengembang mentimun berkali-kali - dan kita hidup di kulitnya - maka itu akan sama ke segala arah, sehingga Semesta akan menjadi sama di semua arah. Artinya, dengan cara ini kita memecahkan sebagian besar masalah yang kita miliki. Mengapa alam semesta begitu besar? Dan inilah alasannya! Ada berapa partikel elementer? Tapi begitu banyak! Makanya kita cukup...

Artinya, kita masih tidak tahu dari mana semua itu berasal, kita tidak dapat memecahkan masalah singularitas awal dengan begitu sederhana - kita akan membicarakannya sedikit lebih jauh - tetapi inilah mengapa teori ini diperlukan.

Di sisi lain, mungkin kami telah mengerjakan ulang sedikit. Karena jika Himalaya benar-benar rata, maka seluruh Alam Semesta akan menjadi sangat datar dan homogen sehingga akan sangat buruk untuk tinggal di sana, maka kita tidak akan mengambil galaksi dari mana pun.

Tapi ternyata galaksi bisa dihasilkan karena fluktuasi kuantum. Dan inilah yang dikatakan Chibisov dan Mukhanov di sini, di FIAN. Mereka mempelajari model Starobinsky dan melihat bahwa di sana, jika Anda melihat fluktuasi kuantum ruang, dan kemudian melihat apa yang terjadi selama perluasan Semesta, mereka mungkin memunculkan galaksi. Dan kami melihat mereka dan berpikir: apa yang kalian bicarakan di sini? Anda berbicara tentang fluktuasi kuantum, dan kita berbicara tentang galaksi! Mereka nyata ... Dan kemudian itulah yang ternyata. Ini sudah ketika kita menerjemahkan semua ini ke dalam bahasa medan skalar dan seterusnya ... Bagus sekali, secara umum, orang-orang! Seharusnya memikirkan ini!

Alam semesta bekerja seperti laser, tetapi alih-alih medan laser, ia menghasilkan galaksi. Itulah yang terjadi. Mari kita ambil medan skalar, frekuensi tinggi pertama, fluktuasi kuantum. Fluktuasi kuantum selalu ada. Di sini, di auditorium ini, pada jarak kecil, ada fluktuasi kuantum. Ada baiknya Anda memberi saya dua jam, saya tidak akan menyelesaikannya ... Dalam dua jam, saya mungkin akan selesai ...

Jadi, fluktuasi kuantum ada sekarang, di sini, tetapi mereka berosilasi sepanjang waktu; Anda tidak bisa melihatnya, mereka tidak penting bagi kami. Tetapi selama ekspansi alam semesta yang cepat, anggaplah ada fluktuasi kuantum seperti itu. Itu membentang, dengan perluasan alam semesta. Ketika cukup diregangkan - ingat persamaan medan skalar di mana istilah 3Hφ putus-putus itu? Persamaan, istilah gesekan. Ketika Anda memiliki medan gelombang pendek, ia tidak tahu apa-apa tentang gesekan, karena ia berdetak dengan energi sedemikian rupa sehingga tidak dapat dihentikan oleh gesekan. Dan kemudian, ketika meregang, ia kehilangan energinya dan tiba-tiba merasa bahwa Alam Semesta mengembang, bahwa ada gesekan, dan begitulah ia membeku. Itu membeku dan terus berkembang, meregangkan Semesta.

Setelah itu, dengan latar belakang fluktuasi yang digambarkan di sini, fluktuasi sebelumnya, yang dulunya panjang gelombangnya sangat pendek, energik, dan seterusnya, membentang, melihat bahwa Semesta mengembang, merasakan gesekan dan membeku - melawan latar belakang fluktuasi yang telah membeku sebelumnya.

Setelah itu, Semesta terus mengembang, dan fluktuasi baru membeku, dan Semesta mengembang secara eksponensial. Dan apa yang terjadi sebagai hasilnya? Bahwa semua fluktuasi ini membengkak menjadi ukuran besar.

Sekarang saya akan menjelaskan apa itu: ini adalah hasil perhitungan yang, seolah-olah, mensimulasikan terjadinya fluktuasi dan evolusi selanjutnya. Saya akan menjelaskan apa itu, apa itu. Intinya adalah ini. Bahwa kami mengambil fluktuasi kuantum ini. Mereka dibekukan. Alam semesta telah menjadi tidak homogen secara eksponensial skala besar. Ketidakhomogenan ini adalah Saya t, seratus Saya t, seratus Saya t… Kemudian inflasi berakhir. Kemudian - bagian Alam Semesta ini belum melihat bagian Alam Semesta ini. Dan kemudian waktu berlalu, dan mereka melihat satu sama lain. Dan ketika mereka melihatnya, bagian Semesta ini berkata: “Ah, saya memiliki lebih sedikit energi, dan Anda memiliki lebih banyak energi; ayo, semua batu dari saya akan terbang ke arah ini, karena gravitasi lebih kuat di sini. Dan fluktuasi ini mencair. Artinya, pada awalnya mereka dibekukan - karena ekspansi alam semesta yang cepat. Dan kemudian, ketika dua bagian Alam Semesta melihat satu sama lain, fluktuasi ini membeku, dan ini secara harfiah ... menurut Baron Munchausen.

Saya tidak tahu, sebagai seorang anak mereka mengajari Anda sekarang, apakah mereka membaca Baron Munchausen di sana? Kami dibaca. Saat dia berkeliling Rusia. Meskipun dia pembohong Jerman, dia berkeliling Rusia, di Siberia. Mereka berburu. Dan ada salju yang sangat dingin sehingga ketika dia ingin memanggil teman-temannya untuk berkumpul, dia berkata "tu-tu-tu-tu!", Tetapi tidak ada yang terjadi, karena suara di klakson membeku. Nah, kemudian, dingin, dia menggali gua di salju, seperti orang yang berpengalaman, mengubur dirinya sendiri di sana ... Keesokan paginya dia tiba-tiba mendengar: "Tu-tutu-tutu!". Apa yang terjadi? Suara memudar. Karena di pagi hari matahari muncul, semuanya, salju mencair, dan suaranya mereda ...

Ini sama saja: pertama, fluktuasi kuantum membeku, menyebar dalam jarak yang jauh, dan kemudian, ketika sampai pada pembentukan galaksi, mereka membeku, dan ketidakhomogenan berkumpul bersama dan menjadi galaksi.

Pertama kita mulai dengan fluktuasi kuantum. Kemudian kami dengan cepat membuatnya menjadi besar. Dan ketika kami membuatnya besar, kami benar-benar membuatnya klasik. Pada saat itu mereka tidak berosilasi, tidak menghilang, mereka membeku, mereka besar. Inilah trik ini - bagaimana membuat sesuatu yang klasik dari sesuatu yang kuantum.

Jadi inilah yang ditunjukkan film itu. Jika kita mulai dengan sesuatu yang hampir homogen, seperti sekarang, dan kemudian kita mulai menambahkan sinusoid-sinusoid ini di sini ... Setiap bingkai baru menunjukkan Semesta yang besar secara eksponensial. Tetapi komputer tidak dapat berkembang, jadi kami mengompres gambarnya. Faktanya, Anda perlu memahami bahwa setiap gambar berhubungan dengan alam semesta yang lebih besar dan lebih besar secara eksponensial. Dan panjang gelombang dari semua nilai ini, semuanya hampir sama pada saat mereka diciptakan. Dan kemudian mereka meregang, tetapi di sini Anda tidak dapat melihat bahwa ini adalah sinusoid yang sehat. Tampaknya ini adalah puncaknya, di sana, menaranya tajam ... Ini hanya karena komputer mengompresnya.

Hal lain yang juga tidak terlihat: bahwa di tempat-tempat di mana medan skalar melompat secara kebetulan sangat tinggi, di tempat ini energi medan skalar menjadi sangat besar sehingga di tempat ini Alam Semesta mulai mengembang lebih cepat dari itu. diperluas di sini. Dan oleh karena itu, pada kenyataannya, jika menggambar itu benar - yah, hanya saja komputer tidak bisa melakukannya, dan itu bukan kesalahan komputer, itu hanya fisika seperti ini: Anda tidak dapat membayangkan ruang melengkung diletakkan di ruang kita, itu hanya bengkok, seperti permukaan melengkung, itu tidak selalu berhasil, jadi tidak ada yang bisa dilakukan di sini - Anda hanya perlu memahami bahwa ini adalah puncaknya, yang berarti ukuran dari sini ke sini jauh lebih dari ukuran dari sini ke sini. Ini sebenarnya gelembung yang sehat.

Inilah yang ... - juga keuntungan dari pendidikan Rusia - apa yang kami temukan ketika kami berada dalam praktik urusan militer di universitas: bahwa jarak di sepanjang garis lurus jauh lebih panjang daripada jarak di sepanjang kurva, jika garis lurus lewat di sebelah petugas... Di sini, jika Anda berjalan lurus di dekat puncak ini, Anda tidak akan pernah mencapainya, karena jaraknya akan semakin jauh. Ruang melengkung dapat dipikirkan dalam dua cara. Yang pertama - kita dapat berbicara tentang perluasan Semesta, dan yang kedua - kita dapat berbicara tentang kompresi manusia. Manusia adalah ukuran segala sesuatu. Jika Anda berjalan dari sini dan mencapai dekat puncak, maka Anda dapat mengatakan bahwa langkah Anda semakin kecil dan semakin kecil, dan karena itu sulit, sulit bagi Anda untuk berjalan. Ini adalah pemahaman yang berbeda tentang apa gelembung itu di sini - itu hanya tempat di mana Anda sendiri menyusut dibandingkan dengan alam semesta. Ini adalah hal-hal yang hampir setara.

Bagaimana kita tahu semua ini? Bagaimana kita tahu bahwa ini semua benar? Yah, pertama-tama, sejujurnya, kami tahu sejak awal bahwa ini benar. Karena, yah, teorinya begitu indah, menjelaskan segalanya dengan sangat mudah sehingga setelah itu, bahkan bukti eksperimental pun tidak terlalu dibutuhkan, karena Semesta, yah ... besar? - Besar. Garis sejajar tidak berpotongan? - Jangan berpotongan ... Dan seterusnya. Tidak ada penjelasan lain.

Karena itu, seolah-olah, inilah data eksperimen. Tetapi orang-orang, sama saja, mereka ingin tidak hanya seperti itu, tetapi mereka ingin memprediksi sesuatu yang lain yang tidak kita ketahui, dan untuk memastikannya. Dan salah satu prediksinya adalah fluktuasi kuantum ini... Akan menyenangkan melihatnya di langit, tapi kami tidak melihatnya. Dan satu demi satu, sistem yang berbeda mulai diluncurkan, satelit, satelit luar biasa pertama adalah Kobe (COBE), diluncurkan pada awal 90-an, dan orang-orang baru tahun lalu menerima Hadiah Nobel untuk ini. Mereka melihat yang berikut ini. Mereka melihat bahwa radiasi gelombang mikro yang datang kepada kita dari berbagai sisi alam semesta sedikit anisotropik.

Sekarang saya akan menjelaskan apa yang dipertaruhkan. Pada pertengahan 60-an, orang melihat bahwa radiasi dengan suhu sekitar 2,7 K datang ke Bumi. Sesuatu seperti itu, gelombang radio, sangat rendah energi, tetapi dari semua sisi. Kemudian mereka menyadari apa itu. Alam semesta, ketika meledak, panas. Kemudian, ketika mengembang, foton-foton ini kehilangan energinya, dan ketika mencapai kita, mereka tiba seperti ini mati, dengan sedikit, sedikit energi. Dan dari semua sisi ada energi yang sama - 2,7 K. Suhu adalah ukuran energi. Kemudian mereka mulai melihat lebih dekat dan melihat bahwa ke arah ini suhunya 2,7 plus sekitar 10 -3 lagi, tetapi ke arah ini 2,7 minus lain 10 -3. Dan mengapa ini? Dan inilah alasannya: karena Bumi bergerak dalam kaitannya dengan seluruh alam semesta. Dan ada pergeseran merah ini. Ke arah kita bergerak, langit menjadi lebih biru di sana, foton datang sedikit lebih energik. Dan dari tempat kita bergerak, mereka menjadi sedikit lebih merah. Itu adalah efek yang sederhana. Dan kami segera memahami seberapa cepat kami bergerak dalam kaitannya dengan CMB, semuanya sederhana.

Dan kemudian orang ingin tahu apakah ada struktur lain? Jadi mereka meluncurkan satelit, salah satunya adalah Kobe, dan di sini, dalam gambar, WMAP digambar, satelit seperti itu. Dan gambar yang menunjukkan, seolah-olah, evolusi dari waktu ke waktu.

Pertama ada Big Bang, lalu ada percepatan Semesta ini - inflasi, lalu ada fluktuasi kuantum yang membeku, lalu fluktuasi kuantum yang membeku ini menyebabkan munculnya struktur kecil di Semesta. Pada saat ini, alam semesta sangat panas. Itu sangat panas sehingga sinyal tidak mencapai kita, sama seperti Matahari buram bagi kita di sini: sangat panas, jadi kita hanya bisa melihat beberapa ratus kilometer jauhnya ke dalam Matahari. Di Sini…

Dan kemudian tiba-tiba Semesta menjadi transparan terhadap radiasi biasa, karena elektron bergabung dengan proton menjadi atom, dan kemudian, ketika Semesta menjadi kurang lebih netral, cahaya mulai melewati kita. Dan di sini kita melihat radiasi yang telah berlalu dari saat ini. Dan satelit ini, mereka melihat dan mengukur suhu dari titik yang berbeda di Alam Semesta dengan akurasi 10 -5 K. Bayangkan saja bahwa di laboratorium sulit untuk mendapatkan, di sana, suhu satu derajat Kelvin. Orang mengukur suhu Alam Semesta, 2,7 K plus, ada banyak tanda setelah itu, dan kemudian mereka mengukur ketidakakuratan dalam suhu ini dengan akurasi 10 -5 . Yah, fiksi ilmiah! Saya tidak pernah percaya sama sekali bahwa itu mungkin, tetapi kemudian saya mulai mempercayai teman-teman eksperimental saya, karena kami tahu bahwa kami adalah ahli teori, tetapi ternyata para peneliti ...

Jadi, di sini, mereka mengukur bintik kecil di langit, bintik kecil ini - mereka dicat di sini. Kita tahu bahwa di mana energinya lebih besar - ini adalah pergeseran biru, di mana energinya lebih kecil - ini adalah pergeseran merah, tetapi di sini yang terjadi adalah kebalikannya. Orang-orang yang mewarnai peta ini, mereka mengerti bahwa psikologi orang tidak bekerja seperti itu. Tetap saja tidak cahaya tampak, ini adalah emisi radio, oleh karena itu bukan merah, bukan putih, tidak ada. Jadi mereka melukisnya secara artifisial. Dan itulah yang merah, ini untuk memahami apa yang panas di sana. Dan di mana warnanya biru, itu untuk memahami bahwa itu dingin. Jadi mereka melukis sebaliknya. Tapi itu tidak masalah. Yang penting adalah bahwa bintik-bintik di langit ini akurat hingga 10 -5 .

Jika Anda melihat lebih dekat pada sepotong langit ini, maka inilah gambar yang muncul di sini. Berikut adalah bintik-bintiknya. Apa itu? Dan itulah yang terjadi. Fluktuasi kuantum medan skalar ini muncul, menyebar ke seluruh langit, membeku di sana, sedikit mengubah geometri Semesta dan kepadatan materi di sana, mengubah suhu karena ini radiasi peninggalan, yang datang kepada kita, dan oleh karena itu suhu ini, ketidakhomogenan ini, adalah foto fluktuasi kuantum yang muncul pada tahap terakhir inflasi - muncul dan membeku. Artinya, kita sekarang melihat seluruh langit, dan seluruh langit ini seperti pelat fotografi, yang menggambarkan fluktuasi kuantum yang muncul pada tahap akhir inflasi, sekitar 10–30 detik. Kami melihat foto apa yang terjadi dari 10 hingga 30 detik setelah Big Bang. Nah, keajaiban, apa yang bisa saya katakan!

Kami tidak hanya melihat foto ini - kami telah mempelajari sifat spektralnya. Artinya, bintik-bintik ini pada ukuran sudut besar memiliki satu intensitas, pada ukuran sudut kecil mereka memiliki intensitas yang berbeda. Kami menghitung spektrum fluktuasi ini dan menemukan bahwa spektrumnya seperti ini: bintik hitam adalah apa yang dilihat oleh satelit WMAP ini secara eksperimental. Sejak itu, hasil lain juga muncul yang meluas ke area ini, tetapi saya tidak mulai menyajikannya di sini sekarang. Tetapi garis merah adalah prediksi teoretis dari model paling sederhana dari Alam Semesta yang mengalami inflasi, dan titik-titik hitam adalah apa yang terlihat secara eksperimental.

Ada beberapa anomali di sini. Pada sudut besar, jarak terbesar kecil. Di Sini aku- apa yang ada di sini, di sini, pada sumbu ini, adalah jumlah harmonik. Artinya, semakin aku, semakin harmonis, semakin kecil sudutnya. Pada sudut kecil, kesepakatan yang sangat baik dengan data eksperimen. Pada sudut tinggi, sesuatu yang tidak sepenuhnya jelas terjadi. Tapi mungkin ini hanya karena ketidakakuratan, karena kami hanya diberi satu bagian dari Semesta: kami mempelajari statistik, dan kami memiliki statistik - bagaimana Anda melempar koin sekali, statistik seperti apa yang Anda butuhkan? Anda harus melemparkannya seratus kali untuk melihat apa yang terjadi sekitar 50/50. Oleh karena itu, pada sudut besar, statistiknya tidak terlalu akurat. Semua sama, beberapa poin jatuh - ada masalah tertentu, apa yang terjadi di sini. Ada beberapa anisotropi di alam semesta yang belum bisa kami jelaskan dalam skala besar. Namun demikian, kenyataannya adalah bahwa semua poin lainnya, ternyata, sangat cocok. Jadi kesepakatan antara teori dan eksperimen sangat mengesankan.

Saya memutuskan sendiri bahwa saya harus menemukan cara untuk menjelaskan perubahan gambaran dunia pada bahasa sederhana. Dan gambaran dunia... Sekarang, saya belum mencapai teori Alam Semesta bersisi banyak ini. Ini masih gambar sederhana... Jadi. Mengubah gambar dunia, terlihat seperti ini. Bahwa kita sedang duduk di bumi, melihat sekeliling. Dan sekarang dikelilingi oleh bola kristal ini. Kita tidak bisa melihat apa-apa lagi, tapi ada bintang, planet di sana ... Dan kita tahu bahwa kita menggunakan kosmologi kita sebagai mesin waktu.

Jika kita melihat dan melihat, di sana, di Matahari, kita melihat Matahari seperti beberapa menit yang lalu. Mari kita lihat bintang-bintang yang jauh. Kita akan melihat bintang-bintang seperti bertahun-tahun yang lalu, ratusan tahun yang lalu, ribuan tahun yang lalu.

Jika kita melangkah lebih jauh, kita akan melihat tempat di mana Semesta baru saja menjadi panas, dan pada saat itu foton datang kepada kita, inilah yang dilihat oleh satelit-satelit ini, di sini kita melihat api kosmik ini. Dan kemudian alam semesta menjadi buram. Lebih jauh, lebih dekat dengan Big Bang ini, yang terjadi 13 miliar tahun yang lalu, kita tidak dapat mendekatinya. Tapi, tentu saja, jika kita menggunakan, misalnya, neutrino yang dipancarkan saat ini - kita tahu bahwa kita bisa mendapatkan neutrino yang berasal dari pusat Matahari - kita bisa mendapatkan neutrino yang dipancarkan lebih dekat ke Big Bang ini. . Sekarang kita hanya melihat apa yang terjadi sekitar 400.000 tahun setelah Big Bang. Yah, tetap saja... dibandingkan dengan 13 miliar, empat ratus ribu cukup bagus... Tapi jika ada neutrino, kita bisa lebih dekat. Jika ada gelombang gravitasi, kita bisa sangat dekat dengan Big Bang, sampai saat ini dari Big Bang.

Apa yang dikatakan inflasi? Dan inflasi mengatakan ini. Bahwa sebenarnya seluruh api ini adalah kosmik, ia muncul setelah inflasi, dan ada sejumlah besar ruang secara eksponensial di sini, ketika seluruh Semesta hanya diisi dengan medan skalar, ketika tidak ada partikel, dan bahkan jika ada, maka kerapatannya akan turun secara eksponensial sepanjang waktu, karena alam semesta telah mengembang secara eksponensial.

Karena itu, apa pun itu sebelum inflasi, itu tidak masalah sama sekali. Alam semesta di sini praktis kosong, dan energi berada di medan skalar ini. Dan setelah itu - ingat gambar ini: medan skalar turun, turun, turun, lalu secara bertahap, ketika mencapai dasar, konstanta Hubble menjadi kecil - ia mulai berosilasi, pada saat itu, karena osilasinya, ia menghasilkan normal urusan. Selama waktu ini, alam semesta menjadi panas. Pada saat ini, api ini muncul. Dan kami dulu mengira bahwa api ini berasal dari awal dunia. Kami seperti serigala yang takut melompati api, kami tahu bahwa ini adalah awal dari dunia.

Ternyata sekarang untuk menjelaskan mengapa api ini begitu merata, kita perlu memiliki panggung yang menyamakan segalanya. Dan ini adalah tahap inflasi.

Dan kemudian Anda bisa pergi jauh, jauh melampaui tempat ini di langit, karena Semesta begitu besar, ada begitu banyak di sana. Dan jika kita melangkah lebih jauh, kita akan melihat tempat-tempat di mana fluktuasi kuantum terjadi yang memunculkan galaksi. Dan kita akan melihat tempat-tempat di mana fluktuasi ini begitu besar sehingga memunculkan bagian-bagian baru Semesta, yang berkembang pesat dan yang dihasilkan dan muncul dan sekarang. Alam semesta, karena fluktuasi kuantum ini, menghasilkan dirinya sendiri, tidak hanya galaksi, tetapi sebagian besar dari dirinya sendiri. Dan itu menjadi alam semesta yang tak terbatas dan mereproduksi diri.

Tapi selain semua ini, ada efek lain. Jadi saya memberi tahu Anda tentang Semesta, di mana hanya ada satu jenis medan skalar. Medan skalar dengan potensial yang begitu sederhana... Kita tahu bahwa jika kita ingin menjelaskan teori partikel elementer secara lengkap, maka kita membutuhkan banyak medan skalar. Misalnya, dalam teori interaksi elektrolemah terdapat medan Higgs. Dan medan Higgs membuat semua partikel tubuh kita menjadi berat. Artinya, elektron memperoleh massa, proton memperoleh massa, foton tidak memperoleh massa. Partikel lain memperoleh massa. Tergantung pada medan skalar, mereka memperoleh massa yang berbeda.

Tapi ini bukan akhir dari masalah. Ada juga teori Grand Unification, di mana jenis medan skalar yang berbeda muncul. Ini adalah bidang yang berbeda. Jika tidak ada, maka tidak akan ada perbedaan mendasar antara lepton dan baryon, kemudian proton dapat dengan mudah meluruh menjadi positron, tidak akan ada perbedaan antara materi dan antimateri. Untuk menjelaskan apa yang terjadi di sana, bagaimana hal-hal ini terpisah, satu medan skalar lagi harus diperkenalkan… Pada prinsipnya, ada banyak medan skalar ini. Jika melihat teori paling sederhana - supersimetris - teori Grand Unification, ternyata energi potensial di dalamnya tergambar seperti ini ...

Nah, ini juga gambaran perkiraan, sebenarnya. Ini adalah beberapa bidang, yang sebenarnya adalah matriks. Dan sekarang, pada satu nilai medan ini, tidak ada pelanggaran simetri antara interaksi elektromagnetik lemah dan kuat, tidak ada perbedaan antara lepton dan baryon. Ada nilai medan lain di mana jenis khusus dari kerusakan simetri sama sekali tidak seperti yang kita lihat. Ada minimum ketiga, di mana hanya fisika dunia kita. Faktanya, kita masih perlu menulis medan skalar kita, dan jika kita menulis semuanya bersama-sama, maka akan ada selusin minima seperti itu. Mereka semua, menurut perkiraan pertama, memiliki energi yang sama, dan kita hanya hidup di salah satu dari minima ini.

Dan kemudian muncul pertanyaan: bagaimana kita mencapai minimum ini? Dan di alam semesta yang sangat awal, ketika suhunya panas, hanya ada minimum ini. Dan masalah muncul: bagaimana kemudian kita merembes ke minimum ini, karena di alam semesta awal, sesuai dengan teori yang kami kembangkan di sini bersama dengan David Abramovich Kirzhnits, yang muncul dengan ide ini di kepalanya, tentang fakta bahwa di alam semesta awal, simetri antara semua interaksi dipulihkan. Dan saat itulah kita harus duduk di sini. Bagaimana kita bisa sampai di sini? Dan satu-satunya cara kita bisa sampai ke sana adalah melalui fluktuasi kuantum yang dihasilkan selama inflasi.

Tapi medan skalar ini juga melompat dan juga membeku. Dan itu bisa melompat ke minimum ini, melompat ke yang ini, melompat mundur. Kemudian, jika ia melompat ke salah satu minima itu, bagian Semesta tempat kita menabrak minima itu, ia mulai menjadi besar secara eksponensial. Yang ini mulai menjadi besar secara eksponensial, yang satu ini... Dan alam semesta pecah menjadi sejumlah besar eksponensial bagian dengan ukuran yang sangat besar. Dengan semua kemungkinan jenis fisika di masing-masingnya.

Apa artinya ini? Itu, pertama, bisa ada banyak medan skalar. Kedua, bisa ada banyak minimum yang berbeda. Dan setelah itu, tergantung di mana kita sampai, alam semesta bisa menjadi besar, secara eksponensial area yang luas, yang masing-masing, dengan semua sifatnya, terlihat - secara lokal - sebagai alam semesta yang besar. Masing-masing sangat besar. Jika kita hidup di dalamnya, kita tidak akan tahu bahwa ada bagian lain dari alam semesta. Dan hukum fisika, secara efektif, akan berbeda di sana.

Artinya, pada kenyataannya, hukum fisika - mungkin sama, Anda memiliki teori yang sama - tetapi itu sama dengan air, yang bisa cair, gas, padat. Tapi ikan hanya bisa hidup di air cair. Kita hanya bisa hidup dalam minimum ini. Itu sebabnya kami tinggal di sana. Bukan karena bagian alam semesta ini tidak ada, tetapi karena kita hanya bisa hidup di sini. Jadi gambar ini muncul, yang disebut "Alam Semesta banyak sisi", atau "Multiverse" bukannya "Alam Semesta".

Bahasa lain. Kita tahu bahwa sifat kita ditentukan oleh kode genetik - kode yang kita warisi dari orang tua kita. Kita juga tahu bahwa mutasi itu ada. Mutasi terjadi ketika sesuatu yang aneh terjadi. Kapan sinar kosmik ketika beberapa chemistry salah - yah, Anda lebih tahu dari saya apa yang diperlukan untuk membuat mutasi terjadi. Dan kita juga tahu bahwa semua yang ada di sini adalah sejumlah besar spesies - mutasi ini perlu terjadi.

Jadi, selama ekspansi Alam Semesta, ada juga mutasi. Anda memiliki Alam Semesta, bahkan jika sejak awal ia berada dalam satu minimum, kemudian setelah itu ia mulai melompat dari satu minimum ke minimum lainnya dan pecah menjadi jenis yang berbeda Semesta. Dan mekanisme fluktuasi kuantum ini, yang memindahkan Semesta dari satu tempat, dari satu keadaan ke keadaan lain - mereka dapat disebut ... ini dapat disebut mekanisme mutasi kosmik.

(Sayangnya, di sini, tentu saja, sebagian dari apa yang akan saya tunjukkan tidak terlihat. Nah, dalam kata-kata ...) lanskap. Terminologi ini muncul karena terminologi ini, gambaran ini, ternyata sangat penting dalam konteks teori string. Orang-orang telah lama berbicara tentang teori string sebagai kandidat utama untuk teori semua gaya. Saya di tempat ini, sayangnya, "mengambang" ... Meskipun saya adalah salah satu rekan penulis gambar ini, yang ada di sini. Artinya, selama bertahun-tahun orang tidak tahu bagaimana menggambarkan ruang empat dimensi kita menggunakan teori string.

Faktanya adalah bahwa teori string paling mudah dirumuskan dalam ruang sepuluh dimensi. Tetapi dalam ruang sepuluh dimensi, enam dimensi tidak berguna, Anda harus menyingkirkannya entah bagaimana. Idenya adalah bahwa mereka entah bagaimana harus dipadatkan menjadi bola kecil sehingga tidak ada yang melihatnya, sehingga tidak ada yang bisa pergi ke enam arah, dan kita hanya akan melihat empat dimensi besar - tiga ruang dan satu waktu. Jadi kita akan berjalan dalam tiga dimensi spasial ini dan berpikir bahwa Alam Semesta kita adalah tiga dimensi ditambah satu waktu, tetapi kenyataannya, di suatu tempat di jantung Semesta, informasi akan disimpan bahwa ia memiliki asal proletar - sepuluh dimensi. Dan dia juga ingin menjadi sepuluh dimensi. Jadi dalam teori string ternyata selalu ingin menjadi sepuluh dimensi, dan sampai saat ini mereka tidak tahu bagaimana membuatnya empat dimensi, biarkan saja. Dalam semua kasus, ternyata keadaan ini tidak stabil.

Sejak pertengahan 1970-an, fisikawan telah mulai mengerjakan model teoretis Penyatuan besar dari tiga kekuatan fundamental - kuat, lemah dan elektromagnetik. Banyak dari model ini mengarah pada kesimpulan bahwa tak lama setelah Big Bang, partikel yang sangat masif yang membawa muatan magnet tunggal pasti telah diproduksi dalam jumlah besar. Ketika usia Alam Semesta mencapai 10 -36 detik (menurut beberapa perkiraan, bahkan sedikit lebih awal), interaksi kuat terpisah dari interaksi elektrolemah dan memperoleh kemerdekaan. Dalam hal ini, titik cacat topologi dengan massa 10 15 - 10 16 lebih besar dari massa proton yang belum ada terbentuk dalam ruang hampa. Ketika, pada gilirannya, gaya elektrolemah terpecah menjadi gaya lemah dan gaya elektromagnetik, dan elektromagnetisme sejati muncul, cacat ini memperoleh muatan magnet dan mulai kehidupan baru- dalam bentuk monopol magnetik.

Pemisahan interaksi mendasar di alam semesta awal kita adalah sifatnya transisi fase. Pada suhu yang sangat tinggi, interaksi fundamental digabungkan, tetapi ketika didinginkan di bawah suhu kritis, pemisahan tidak terjadi [ini dapat dibandingkan dengan pendinginan air yang berlebihan]. Pada titik ini, energi medan skalar yang terkait dengan penyatuan melebihi suhu alam semesta, yang memberi medan tekanan negatif dan menyebabkan inflasi kosmologis. Semesta mulai berkembang sangat cepat, dan pada saat simetri pecah (pada suhu sekitar 10 28 K), dimensinya meningkat 10 50 kali lipat. Medan skalar yang terkait dengan penyatuan interaksi menghilang, dan energinya diubah menjadi perluasan lebih lanjut dari Semesta.

ULANG TAHUN YANG PANAS

Model cantik ini menghadirkan kosmologi dengan masalah yang tidak menyenangkan. Monopole magnetik "Utara" musnah ketika bertabrakan dengan "selatan", tetapi sebaliknya partikel-partikel ini stabil. Karena massa skala nanogram, sangat besar menurut standar dunia mikro, segera setelah lahir mereka diwajibkan untuk memperlambat kecepatan non-relativistik, menyebar melalui ruang dan bertahan sampai zaman kita. Menurut model Big Bang standar, kerapatan arusnya kira-kira sama dengan proton. Tetapi dalam kasus ini, kepadatan total energi kosmik setidaknya satu kuadriliun kali lebih tinggi dari yang asli.
Semua upaya untuk mendeteksi monopole sejauh ini berakhir dengan kegagalan. Seperti yang ditunjukkan oleh pencarian monopole di bijih besi dan air laut, perbandingan jumlah mereka dengan jumlah proton tidak melebihi 10 -30 . Partikel-partikel ini sama sekali tidak ada di wilayah ruang kita, atau jumlahnya sangat sedikit sehingga instrumen tidak dapat mencatatnya, meskipun memiliki tanda magnet yang jelas. Pengamatan astronomis juga mengkonfirmasi hal ini: keberadaan monopole seharusnya mempengaruhi Medan magnet galaksi kita, tetapi ini belum ditemukan.
Tentu saja, dapat diasumsikan bahwa monopole tidak pernah ada sama sekali. Beberapa model penyatuan interaksi fundamental tidak benar-benar menentukan penampilan mereka. Tetapi masalah cakrawala dan alam semesta yang datar tetap ada. Kebetulan pada akhir 1970-an, kosmologi menghadapi hambatan serius, yang jelas membutuhkan ide-ide baru untuk mengatasinya.

TEKANAN NEGATIF

Dan ide-ide ini tidak lambat muncul. Yang utama adalah hipotesis bahwa di luar angkasa, selain materi dan radiasi, ada medan skalar (atau medan) yang menciptakan tekanan negatif. Situasi ini tampak paradoks, tetapi terjadi di Kehidupan sehari-hari. Sistem tekanan positif, seperti gas terkompresi, kehilangan energi saat mengembang dan mendingin. Pita elastis, di sisi lain, berada dalam keadaan tekanan negatif, karena, tidak seperti gas, ia cenderung tidak mengembang, tetapi berkontraksi. Jika pita seperti itu dengan cepat diregangkan, itu akan memanas dan energi termal akan meningkat. Saat Semesta mengembang, medan tekanan negatif mengakumulasi energi, yang, ketika dilepaskan, mampu menghasilkan partikel dan kuanta cahaya.

MASALAH FLAT

Para astronom telah lama yakin bahwa jika ruang luar saat ini berubah bentuk, itu agak moderat. Model Friedman dan Lemaitre memungkinkan kita menghitung kelengkungan ruang sesaat setelah Big Bang. Kelengkungan diperkirakan menggunakan parameter tak berdimensi , sama dengan rasio kepadatan rata-rata energi kosmik ke nilainya di mana kelengkungan ini menjadi sama dengan nol, dan geometri Semesta, karenanya, menjadi datar. Sekitar 40 tahun yang lalu, tidak ada keraguan lagi bahwa jika parameter ini berbeda dari kesatuan, maka tidak lebih dari sepuluh kali dalam satu arah atau lainnya. Oleh karena itu, satu detik setelah Big Bang itu berbeda dari kesatuan dengan or besar sisi yang lebih kecil hanya 10 -14! Apakah "penyetelan" yang sangat akurat itu tidak disengaja atau karena alasan fisik? Ini adalah bagaimana fisikawan Amerika Robert Dicke dan James Peebles merumuskan masalah pada tahun 1979.

MASALAH FLAT

Tekanan negatif dapat memiliki nilai yang berbeda. Tapi ada kasus khusus ketika itu sama dengan kepadatan energi kosmik dengan tanda yang berlawanan. Dalam skenario ini, kerapatan ini tetap konstan dengan perluasan ruang, karena tekanan negatif mengkompensasi pertumbuhan "penurunan" partikel dan kuanta cahaya. Ini mengikuti dari persamaan Friedmann-Lemaitre bahwa alam semesta dalam hal ini mengembang secara eksponensial.

Hipotesis ekspansi eksponensial menyelesaikan ketiga masalah di atas. Misalkan alam semesta berasal dari "gelembung" kecil ruang yang sangat melengkung, yang mengalami transformasi yang memberi ruang tekanan negatif dan dengan demikian memaksanya mengembang secara eksponensial. Secara alami, setelah hilangnya tekanan ini, Semesta akan kembali ke ekspansi "normal" sebelumnya.

PENYELESAIAN MASALAH

Kita akan berasumsi bahwa jari-jari Semesta sebelum mencapai eksponensial hanya beberapa kali lipat lebih besar dari panjang Planck, 10 -35 m. Jika dalam fase eksponensial ia tumbuh, katakanlah, 1050 kali, maka pada akhirnya ia akan mencapai ribuan tahun cahaya. Apapun perbedaan antara parameter kelengkungan ruang dari kesatuan sebelum awal ekspansi, pada akhirnya akan berkurang 10 -100 kali, yaitu, ruang akan menjadi datar sempurna!
Masalah monopole diselesaikan dengan cara yang sama. Jika cacat topologi yang menjadi pendahulunya muncul sebelum atau bahkan selama ekspansi eksponensial, maka pada akhirnya mereka harus menjauh satu sama lain dengan jarak yang sangat jauh.Sejak itu, Semesta telah berkembang pesat, dan kepadatan monopol telah turun hampir menjadi nol. Perhitungan menunjukkan bahwa bahkan jika kita memeriksa kubus kosmik dengan tepi satu miliar tahun cahaya, maka ada dengan derajat tertinggi probabilitas tidak ada monopole tunggal.
Hipotesis ekspansi eksponensial juga menyarankan solusi sederhana untuk masalah cakrawala. Mari kita asumsikan bahwa ukuran "gelembung" germinal yang meletakkan dasar bagi Alam Semesta kita tidak melebihi jalur yang ditempuh cahaya setelah Big Bang. Dalam hal ini, keseimbangan termal dapat ditetapkan di dalamnya, yang memastikan kesetaraan suhu di seluruh volume, yang dipertahankan selama ekspansi eksponensial. Penjelasan seperti itu ada di banyak buku teks kosmologi, tetapi Anda bisa melakukannya tanpanya.

DARI SATU BUBBLE

Pada pergantian tahun 1970-an dan 1980-an, beberapa ahli teori, yang pertama adalah fisikawan Soviet Alexei Starobinsky, mempertimbangkan model evolusi awal Semesta dengan tahap ekspansi eksponensial yang singkat. Pada tahun 1981, Alan Guth dari Amerika menerbitkan sebuah makalah yang memunculkan ide tersebut. Dia adalah orang pertama yang memahami bahwa ekspansi semacam itu (kemungkinan besar berakhir pada tanda usia 10 -34 detik) menghilangkan masalah monopole, yang awalnya dia tangani, dan menunjukkan cara untuk menyelesaikan ketidakkonsistenan dengan geometri datar dan cakrawala. Guth dengan indah menyebut inflasi kosmologis ekspansi ini, dan istilah itu telah diterima secara umum.

DI SANA, DI ATAS HORIZON

MASALAH HORIZON BERHUBUNGAN DENGAN RELICT RADIASI, DARI TITIK HORIZON BERASAL, SUHUNYA KONSTAN DENGAN AKURASI 0,001%. Pada tahun 1970-an, data ini belum tersedia, tetapi bahkan pada saat itu para astronom percaya bahwa fluktuasi tidak melebihi 0,1%. Ini adalah misterinya. Kuanta radiasi gelombang mikro tersebar melalui ruang sekitar 400.000 tahun setelah Big Bang. Jika Alam Semesta telah berevolusi sepanjang waktu menurut Friedmann-Lemaitre, maka foton yang datang ke Bumi dari bola surgawi, dipisahkan oleh jarak sudut lebih dari dua derajat, dipancarkan dari wilayah ruang yang kemudian tidak memiliki kesamaan satu sama lain. Di antara mereka terbentang jarak yang tidak bisa dilewati cahaya selama seluruh waktu keberadaan Semesta saat itu - dengan kata lain, cakrawala kosmologis mereka tidak berpotongan. Oleh karena itu, mereka tidak memiliki kesempatan untuk membangun keseimbangan termal satu sama lain, yang hampir persis menyamakan suhu mereka. Tetapi jika daerah-daerah ini tidak terhubung pada saat-saat awal pembentukan, bagaimana mereka akhirnya menjadi hampir sama panasnya? Jika ini kebetulan, itu terlalu aneh.

MASALAH FLAT

Tapi model Guth masih memiliki kelemahan serius. Ini memungkinkan munculnya banyak daerah inflasi yang mengalami benturan satu sama lain. Ini mengarah pada pembentukan kosmos yang sangat tidak teratur dengan kepadatan materi dan radiasi yang tidak homogen, yang sama sekali berbeda dari yang asli. ruang angkasa. Namun, segera Andrei Linde dari Institut Fisik Akademi Ilmu Pengetahuan (FIAN), dan beberapa saat kemudian Andreas Albrecht dan Paul Steinhardt dari University of Pennsylvania menunjukkan bahwa jika Anda mengubah persamaan medan skalar, maka semuanya masuk ke tempatnya. Dari sini mengikuti skenario yang menurutnya seluruh Alam Semesta kita yang dapat diamati muncul dari satu gelembung vakum, dipisahkan dari daerah inflasi lainnya dengan jarak yang sangat jauh.

INFLASI CHAOTIS

Pada tahun 1983, Andrey Linde membuat terobosan lain, mengembangkan teori inflasi kacau, yang memungkinkan untuk menjelaskan komposisi Alam Semesta dan homogenitas radiasi latar gelombang mikro kosmik. Selama inflasi, setiap ketidakhomogenan sebelumnya dalam medan skalar diregangkan sedemikian rupa sehingga praktis menghilang. Pada tahap akhir inflasi, bidang ini mulai berosilasi dengan cepat mendekati minimumnya. energi potensial. Dalam hal ini, partikel dan foton lahir dalam jumlah besar, yang berinteraksi secara intensif satu sama lain dan mencapai suhu keseimbangan. Jadi pada akhir inflasi, kita memiliki Alam Semesta panas yang datar, yang kemudian mengembang sesuai dengan skenario Big Bang. Mekanisme ini menjelaskan mengapa hari ini kita mengamati radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik dengan fluktuasi suhu kecil yang dapat dikaitkan dengan fluktuasi kuantum pada fase pertama keberadaan Semesta. Jadi, teori inflasi kacau memecahkan masalah cakrawala tanpa asumsi bahwa sebelum dimulainya ekspansi eksponensial, Semesta embrionik berada dalam keadaan kesetimbangan termal.

Menurut model Linde, distribusi materi dan radiasi di ruang angkasa setelah inflasi harus hampir homogen sempurna, dengan pengecualian jejak fluktuasi kuantum primer. Fluktuasi ini memunculkan fluktuasi lokal dalam kepadatan, yang akhirnya memunculkan gugus galaksi dan ruang hampa yang memisahkan mereka. Sangat penting bahwa tanpa "peregangan" inflasi, fluktuasi akan terlalu lemah dan tidak dapat menjadi embrio galaksi. Secara umum, mekanisme inflasi memiliki kreativitas kosmologis yang sangat kuat dan universal - jika Anda suka, ia muncul sebagai demiurge universal. Jadi judul artikel ini sama sekali tidak berlebihan.
Pada skala urutan seperseratus ukuran Semesta (sekarang ratusan megaparsec), komposisinya tetap homogen dan isotropik. Namun, pada skala seluruh kosmos, homogenitas menghilang. Inflasi berhenti di satu area dan mulai di area lain, dan seterusnya tanpa batas. Ini adalah proses tanpa akhir yang mereproduksi diri sendiri yang memunculkan serangkaian dunia yang bercabang - Multiverse. Hukum fisika dasar yang sama dapat diwujudkan di sana dalam berbagai bentuk - misalnya, gaya intranuklear dan muatan elektron di alam semesta lain mungkin berbeda dari kita. Gambaran fantastis ini saat ini sedang dibahas secara serius baik oleh fisikawan maupun kosmolog.

PERTARUNGAN IDE

“Gagasan utama skenario inflasi dirumuskan tiga dekade lalu,” jelas Andrey Linde, salah satu penulis kosmologi inflasi, profesor di Universitas Stanford. - Setelah itu, tugas utamanya adalah mengembangkan teori-teori realistis berdasarkan ide-ide ini, tetapi hanya kriteria untuk realisme yang berubah lebih dari sekali. Pada 1980-an, pandangan yang berlaku adalah bahwa inflasi dapat dipahami dengan menggunakan model Grand Unification. Kemudian harapan mencair, dan inflasi mulai ditafsirkan dalam konteks teori supergravitasi, dan kemudian - teori superstring. Namun, jalan ini ternyata sangat sulit. Pertama, kedua teori ini menggunakan sangat matematika kompleks, dan kedua, mereka diatur sedemikian rupa sehingga sangat, sangat sulit untuk menerapkan skenario inflasi dengan bantuan mereka. Oleh karena itu, kemajuan di sini agak lambat. Pada tahun 2000, tiga ilmuwan Jepang, dengan susah payah, memperoleh, dalam kerangka teori supergravitasi, model inflasi kacau, yang saya buat hampir 20 tahun sebelumnya. Tiga tahun kemudian, kami di Stanford membuat makalah yang menunjukkan kemungkinan mendasar untuk membangun model inflasi menggunakan teori superstring dan menjelaskan empat dimensi dunia kita atas dasar itu. Secara khusus, kami menemukan bahwa dengan cara ini Anda bisa mendapatkan keadaan vakum dengan konstanta kosmologis positif, yang diperlukan untuk memicu inflasi. Pendekatan kami berhasil dikembangkan oleh ilmuwan lain, dan ini sangat berkontribusi pada kemajuan kosmologi. Sekarang jelas bahwa teori superstring memungkinkan keberadaan sejumlah besar keadaan vakum yang menimbulkan ekspansi eksponensial alam semesta.
Sekarang kita harus mengambil satu langkah lagi dan memahami struktur alam semesta kita. Pekerjaan-pekerjaan ini sedang dilakukan, tetapi mereka menghadapi kesulitan teknis yang sangat besar, dan apa hasilnya belum jelas. Selama dua tahun terakhir, kolega saya dan saya telah mengerjakan keluarga model hibrida yang mengandalkan superstring dan supergravitasi. Ada kemajuan, kita sudah bisa menggambarkan banyak hal di kehidupan nyata. Sebagai contoh, kita hampir memahami mengapa kerapatan energi vakum sekarang begitu rendah, yang hanya tiga kali kerapatan partikel dan radiasi. Tapi itu perlu untuk melanjutkan. Kami menantikan hasil pengamatan dari observatorium luar angkasa Planck, yang mengukur karakteristik spektral CMB dengan resolusi sangat tinggi. Ada kemungkinan bahwa pembacaan instrumennya akan menempatkan di bawah pisau seluruh kelas model inflasi dan memberikan insentif untuk pengembangan teori-teori alternatif.
Kosmologi inflasi membanggakan sejumlah pencapaian luar biasa. Dia meramalkan geometri datar alam semesta kita jauh sebelum para astronom dan astrofisikawan mengkonfirmasi fakta ini. Hingga akhir 1990-an, diyakini bahwa dengan mempertimbangkan semua materi di Semesta, nilai numerik parameter tidak melebihi 1/3. Dibutuhkan penemuan energi gelap untuk memastikan bahwa nilai ini praktis sama dengan satu, sebagai berikut dari skenario inflasi. Fluktuasi suhu radiasi relik diprediksi dan spektrumnya dihitung terlebih dahulu. Contoh serupa banyak. Upaya untuk menyangkal teori inflasi telah dilakukan berulang kali, tetapi tidak ada yang berhasil. Selain itu, menurut Andrei Linde, dalam beberapa tahun terakhir konsep pluralitas alam semesta telah berkembang, yang pembentukannya dapat disebut sebagai revolusi ilmiah: “Meskipun tidak lengkap, itu menjadi bagian dari budaya generasi baru fisikawan. dan kosmolog.”

PADA STANDAR DENGAN EVOLUSI

“Paradigma inflasi sekarang telah diterapkan dalam berbagai pilihan, di antaranya tidak ada pemimpin yang diakui,” kata Alexander Vilenkin, direktur Institut Kosmologi di Universitas Tufts. - Ada banyak model, tetapi tidak ada yang tahu mana yang benar. Oleh karena itu, untuk berbicara tentang beberapa kemajuan dramatis dalam tahun-tahun terakhir, Saya tidak akan. Dan ya, ada banyak komplikasi. Misalnya, tidak sepenuhnya jelas bagaimana membandingkan probabilitas kejadian yang diprediksi oleh model tertentu. PADA alam semesta abadi setiap peristiwa harus terjadi dalam jumlah tak terbatas. Jadi untuk menghitung probabilitas, Anda harus membandingkan ketidakterbatasan, yang sangat sulit. Ada juga masalah awal inflasi yang belum terselesaikan. Kemungkinan besar, Anda tidak dapat melakukannya tanpanya, tetapi belum jelas bagaimana mendekatinya. Namun, gambaran inflasi dunia tidak memiliki pesaing serius. Saya akan membandingkannya dengan teori Darwin, yang pada awalnya juga memiliki banyak inkonsistensi. Namun, dia tidak memiliki alternatif, dan pada akhirnya dia memenangkan pengakuan para ilmuwan. Bagi saya, konsep inflasi kosmologis akan mengatasi semua kesulitan dengan sempurna.”

Segera setelah kelahirannya, alam semesta berkembang sangat pesat.

Sejak tahun 1930-an, para astrofisikawan telah mengetahui bahwa, menurut hukum Hubble, alam semesta mengembang, yang berarti ia berawal pada momen tertentu di masa lalu. Oleh karena itu, tugas para astrofisikawan dari luar tampak sederhana: melacak semua tahap ekspansi Hubble dalam kronologi terbalik, menerapkan hukum fisika yang sesuai pada setiap tahap, dan, setelah menempuh jalan ini hingga akhir - lebih tepatnya, hingga awal - untuk memahami dengan tepat bagaimana semuanya terjadi.

Namun, pada akhir 1970-an, beberapa masalah masih belum terselesaikan. masalah mendasar berhubungan dengan alam semesta awal, yaitu:

• Masalah antimateri. Menurut hukum fisika, materi dan antimateri memiliki hak yang sama untuk eksis di alam semesta ( cm. antipartikel), tetapi alam semesta hampir seluruhnya terdiri dari materi. Kenapa ini terjadi?
• Masalah cakrawala. Menurut radiasi kosmik latar belakang ( cm. Big Bang), kita dapat menentukan bahwa suhu Semesta kira-kira sama di mana-mana, tetapi bagian-bagian individualnya (gugusan galaksi) tidak dapat bersentuhan (seperti yang mereka katakan, mereka berada di luar cakrawala satu sama lain). Bagaimana bisa terjadi keseimbangan termal di antara mereka?
• Masalah pelurusan ruang. Alam semesta tampaknya memiliki massa dan energi yang tepat untuk memperlambat dan menghentikan ekspansi Hubble. Mengapa, dari semua massa yang mungkin, alam semesta memiliki massa ini?

Kunci untuk memecahkan masalah ini adalah gagasan bahwa segera setelah kelahirannya, alam semesta sangat padat dan sangat panas. Semua materi di dalamnya adalah massa quark dan lepton yang sangat panas ( cm. Model Standar), yang tidak memiliki cara untuk bergabung menjadi atom. Beroperasi di alam semesta modern berbagai kekuatan(seperti elektromagnetik dan gaya gravitasi) kemudian berhubungan dengan satu bidang interaksi gaya ( cm. teori universal). Tetapi ketika Semesta mengembang dan mendingin, medan gabungan hipotetis pecah menjadi beberapa kekuatan ( cm. alam semesta awal).

Pada tahun 1981 fisikawan Amerika Alan Guth menyadari bahwa pemisahan interaksi kuat dari medan terpadu, yang terjadi sekitar 10 -35 detik setelah kelahiran Semesta (bayangkan saja - itu 34 nol dan satu setelah titik desimal!), Adalah titik balik dalam perkembangannya . telah terjadi transisi fase materi dari satu keadaan ke keadaan lain pada skala alam semesta - sebuah fenomena yang mirip dengan transformasi air menjadi es. Dan sama seperti ketika air membeku, molekulnya yang bergerak secara acak tiba-tiba "merebut" dan membentuk struktur kristal yang ketat, jadi di bawah pengaruh interaksi kuat yang dilepaskan, penataan ulang seketika terjadi, semacam "kristalisasi" materi di Semesta.

Siapa pun yang pernah melihat pipa air pecah atau tabung radiator mobil pecah dalam cuaca beku yang parah, segera setelah air di dalamnya berubah menjadi es, dia akan pengalaman sendiri mengetahui bahwa air memuai ketika membeku. Alan Guth mampu menunjukkan bahwa ketika interaksi kuat dan lemah dipisahkan, hal serupa terjadi di Semesta - ekspansi seperti lompatan. Ekstensi ini disebut inflasi, berkali-kali lebih cepat dari ekspansi Hubble biasa. Dalam waktu sekitar 10 -32 detik, Semesta mengembang 50 kali lipat - lebih kecil dari proton, dan menjadi seukuran jeruk bali (sebagai perbandingan: ketika air membeku, ia hanya mengembang 10%). Dan ekspansi inflasi yang cepat dari alam semesta ini menghilangkan dua dari tiga masalah di atas, secara langsung menjelaskannya.

Keputusan masalah pelurusan ruang Contoh berikut menggambarkan hal ini dengan baik: bayangkan sebuah kisi koordinat digambar pada peta elastis tipis, yang kemudian diremas secara acak. Jika sekarang kita ambil dan goyangkan peta elastis yang berkerut ini dengan keras, peta itu akan kembali ke bentuk datar, dan garis koordinat di atasnya akan dipulihkan, tidak peduli seberapa banyak kita merusaknya saat kita meremasnya. Demikian pula, tidak peduli seberapa melengkung ruang Semesta pada saat awal ekspansi inflasi, yang utama adalah bahwa pada akhir ekspansi ini, ruang ternyata benar-benar diluruskan. Dan karena kita tahu dari teori relativitas bahwa kelengkungan ruang bergantung pada jumlah materi dan energi di dalamnya, menjadi jelas mengapa ada cukup materi di Semesta untuk menyeimbangkan ekspansi Hubble.

Menjelaskan model inflasi dan masalah cakrawala, meskipun tidak secara langsung. Dari teori radiasi benda hitam, kita mengetahui bahwa radiasi yang dipancarkan suatu benda bergantung pada suhunya. Jadi, dari spektrum emisi bagian-bagian terpencil Semesta, kita dapat menentukan suhunya. Pengukuran semacam itu memberikan hasil yang menakjubkan: ternyata pada titik mana pun yang dapat diamati di Semesta, suhunya (dengan kesalahan pengukuran hingga empat tempat desimal) adalah sama. Berdasarkan model ekspansi Hubble yang biasa, materi segera setelah Big Bang seharusnya tersebar terlalu jauh untuk menyamakan suhu. Menurut model inflasi, materi Semesta sampai saat t = 10 -35 detik tetap jauh lebih kompak daripada selama ekspansi Hubble. Ini sangat periode singkat itu cukup untuk membangun keseimbangan termal, yang tidak terganggu pada tahap ekspansi inflasi dan telah dipertahankan hingga hari ini.

Fisikawan Amerika, spesialis partikel dasar dan kosmologi. Lahir di New Brunswick, New Jersey. PhD diterima di Massachusetts Institute of Technology, di mana ia kembali pada tahun 1986, menjadi profesor fisika. Guth mengembangkan teorinya tentang ekspansi inflasi alam semesta saat masih di Universitas Stanford, saat mengerjakan teori partikel elementer. Dikenal karena ulasannya tentang alam semesta sebagai "taplak meja rakitan tanpa akhir."

Teori Big Bang yang diterima secara umum memiliki banyak masalah dalam menggambarkan alam semesta awal. Bahkan jika kita mengesampingkan keanehan keadaan tunggal, yang tidak dapat diterima oleh siapa pun penjelasan fisik, tidak ada celah yang lebih sedikit. Dan ini harus diperhitungkan. Terkadang inkonsistensi kecil menyebabkan penolakan seluruh teori. Oleh karena itu, teori pelengkap dan tambahan biasanya muncul, dirancang untuk memperjelas kemacetan dan menyelesaikan ketegangan situasi. Dalam hal ini, teori inflasi memainkan peran ini. Jadi mari kita lihat apa masalahnya.

Materi dan antimateri memiliki persamaan hak untuk keberadaan. Lalu bagaimana menjelaskan bahwa Alam Semesta hampir seluruhnya terdiri dari materi?

Berdasarkan radiasi latar belakang, telah ditetapkan bahwa suhu di alam semesta kira-kira sama. Tetapi bagian-bagian individualnya tidak dapat bersentuhan selama ekspansi. Lalu bagaimana keseimbangan termal terbentuk?

Mengapa massa alam semesta sedemikian rupa sehingga dapat memperlambat dan menghentikan ekspansi Hubble?

Pada tahun 1981, fisikawan dan kosmolog Amerika, Ph.D. Alan Harvey Guth, seorang profesor di University of Massachusetts, masalah matematika fisikawan partikel, menyarankan bahwa sepuluh pangkat tiga puluh lima minus sedetik setelah Big Bang, materi superpadat dan panas, yang sebagian besar terdiri dari quark dan lepton, mengalami transisi kuantum yang mirip dengan kristalisasi. Ini terjadi ketika interaksi yang kuat dipisahkan dari medan terpadu. Alan Guth mampu menunjukkan bahwa ketika interaksi kuat dan lemah dipisahkan, terjadi pemuaian yang tiba-tiba, seperti pada air yang membeku. Ekspansi ini, berkali-kali lebih cepat dari Hubble, disebut inflasi.

Dalam waktu sekitar sepuluh hingga minus tiga puluh detik dalam satu detik, Alam Semesta mengembang 50 kali lipat - lebih kecil dari proton, menjadi seukuran jeruk bali. Omong-omong, air hanya memuai 10%. Ekspansi inflasi yang cepat ini memecahkan dua dari tiga masalah yang diidentifikasi. Ekspansi meratakan kelengkungan ruang, yang bergantung pada jumlah materi dan energi di dalamnya. Dan itu tidak melanggar keseimbangan termal, yang sempat berkembang pada awal inflasi. Masalah antimateri dijelaskan oleh fakta bahwa tahap awal pembentukan muncul beberapa partikel biasa lebih. Setelah pemusnahan, sepotong materi biasa terbentuk dari mana substansi Alam Semesta terbentuk.

Model inflasi pembentukan alam semesta.

Protouniverse dipenuhi dengan medan skalar. Pada awalnya itu homogen, tetapi fluktuasi kuantum muncul dan ketidakhomogenan muncul di dalamnya. Dengan akumulasi ketidakhomogenan ini, penghalusan terjadi dengan penciptaan ruang hampa. Medan skalar mempertahankan ketegangan dan gelembung yang dihasilkan tumbuh lebih besar dan lebih besar, meluas ke segala arah. Prosesnya berjalan secara eksponensial, untuk waktu yang sangat waktu yang singkat. Di sini, karakteristik awal lapangan memainkan peran yang menentukan. Jika gayanya konstan dalam waktu, maka untuk jangka waktu sepuluh derajat hingga minus tiga puluh enam detik, gelembung awal Vakum dapat mengembang sepuluh derajat hingga dua puluh enam derajat waktu. Dan ini konsisten dengan teori relativitas, kita sedang berbicara tentang pergerakan ruang itu sendiri di sisi yang berbeda.

Alhasil, ternyata tidak terjadi ledakan, terjadi inflasi yang sangat cepat dan perluasan gelembung alam semesta kita. Istilah inflasi berasal dari bahasa Inggris inflate - untuk memompa, mengembang. Tetapi ruang hampa itu mengembang, dari mana energi dan materi yang membentuk bintang-bintang, galaksi-galaksi itu? Dan mengapa diyakini bahwa alam semesta itu panas? Bisakah kekosongan menjadi suhu tinggi?

Saat meregangkan gelembung alam semesta, ia mulai mengumpulkan energi. Karena transisi fase, suhu naik tajam. Pada akhir periode inflasi, alam semesta menjadi sangat panas, diyakini karena singularitas. Vakum diberi energi oleh kelengkungan ruang. Menurut Einstein, gravitasi bukanlah gaya tarik menarik antara dua massa, tetapi kelengkungan ruang. Jika ruang dilengkungkan, ia sudah memiliki energi, meskipun tidak memiliki massa. Setiap energi membelokkan ruang. Apa yang mendorong galaksi ke arah yang berbeda dan apa yang kita sebut energi gelap adalah bagian dari medan skalar. Dan medan Higgs yang diinginkan dihasilkan oleh medan skalar ini.

Di antara kritikus teori inflasi adalah Sir Roger Pentrose, seorang ahli matematika Inggris, spesialis di bidang relativitas umum dan teori kuantum, Kepala Departemen Matematika Universitas Oxford. Dia percaya bahwa semua argumen tentang inflasi dibuat-buat dan tidak perlu dibuktikan. Artinya, ada masalah nilai awal. Bagaimana membuktikan bahwa di alam semesta awal ketidakhomogenan sedemikian rupa sehingga mereka dapat memunculkan dunia homogen yang diamati sekarang? Dan jika pada awalnya ada kelengkungan yang besar, maka fenomena residualnya harus diamati pada saat ini.

Namun, penelitian yang dilakukan dalam kerangka Proyek Kosmologi Supernova telah menunjukkan bahwa inflasi saat ini diamati pada tahap akhir dalam evolusi Semesta. Faktor penyebab fenomena ini disebut energi gelap. Saat ini, penambahan Linde telah dilakukan pada teori inflasi dalam bentuk inflasi kacau. Seseorang tidak boleh terburu-buru untuk mengabaikannya, teori Alam Semesta yang berinflasi akan tetap melayani kosmologi.

Informasi:

Okun L.B. "Lepton dan quark", M., Nauka, 1981

www.cosmos-journal.ru

V.V. Kazyutinsky

Kosmologi inflasi: teori dan gambaran ilmiah dunia*

Sekarang ada revisi mendasar baru dari pengetahuan tentang Alam Semesta secara keseluruhan, yaitu. fragmen terbesar dari seluruh dunia, yang dapat diisolasi oleh sains dengan sarana yang tersedia pada waktu tertentu. Revisi ini menyangkut dua tingkat konseptual: 1) konstruksi teori kosmologis baru; 2) perubahan blok "dunia secara keseluruhan" dalam gambaran ilmiah dunia (SCM).

Perubahan modern dalam kosmologi memberikan kontribusi yang sangat besar, tetapi masih kurang dihargai untuk NCM modern, belum lagi kepentingan ideologis yang mereka wakili. Esensi mereka adalah kembali ke bahasa yang diungkapkan ide fisika non-klasik bilangan tak terhingga dunia, ketakterbatasan ruang dan waktu, ketakterhinggaan proses evolusi dan pengorganisasian diri di Alam Semesta (Metauniverse), beberapa di antaranya dianggap selamanya ditolak dari sudut pandang sains.

Teori alam semesta yang mengembang telah menjadi program penelitian yang sangat efektif. Itu memungkinkan untuk memecahkan sejumlah masalah yang terkait dengan struktur dan evolusi Metagalaxy kami, termasuk tahap awal perkembangannya. Sebagai contoh, prestasi luar biasa adalah teori "Alam Semesta panas" G.A. Gamov, yang dikonfirmasi oleh penemuan radiasi latar gelombang mikro kosmik pada tahun 1965. Banyak alternatif untuk kosmologi Friedmann telah terbukti tidak meyakinkan.

Pada saat yang sama, teori alam semesta yang mengembang itu sendiri menghadapi sejumlah masalah serius. Beberapa dari mereka, bisa dikatakan, bersifat "teknis". Misalnya, agak mengecewakan bahwa, meskipun penelitian intensif, belum mungkin untuk membangun model Metagalaxy yang berkembang cukup memadai dalam kerangka teori A.A. Fridman, karena fakta yang diketahui yang diperlukan untuk membangun model seperti itu tidak cukup akurat atau kontradiktif. Masalah lain yang lebih mendasar. Sebagai "pedang Damocles" atas kosmolog, "paradoks massa" telah lama menggantung, yang menurutnya 90-95% dari massa Metagalaxy harus dalam keadaan tak terlihat, yang sifatnya masih belum jelas. Perkembangan modern teori Semesta yang mengembang memunculkan sejumlah masalah yang bahkan lebih serius, pada dasarnya, dengan jelas menunjukkan keterbatasan teori, ketidakmampuannya untuk mengatasi masalah ini tanpa perubahan konseptual yang signifikan. Terutama banyak masalah membawa teori masalah yang paling tahap awal evolusi alam semesta. Masalah singularitas sudah diketahui dengan baik: ketika jari-jari Semesta dibalik, mis. dari Metagalaxy kami, ke nol, banyak parameter menjadi tak terbatas. Ternyata tidak jelas arti fisik pertanyaan: apa yang "sebelum" singularitas (kadang-kadang pertanyaan ini sendiri dinyatakan tidak berarti, karena waktu, seperti yang dikatakan Agustinus, muncul bersama dengan Semesta. (Tetapi jawaban seperti: "sebelum" ini tidak ada waktu dan, oleh karena itu, pertanyaan itu sendiri diajukan secara tidak benar , banyak kosmolog tidak terlalu puas.) Teori dalam versi non-kuantumnya tidak dapat menjelaskan alasan yang menyebabkan Big Bang, perluasan Semesta. Selain itu, ada daftar yang mengesankan lebih dari selusin masalah lain yang tidak dapat diatasi oleh teori A.A. Fridman Berikut adalah beberapa di antaranya: 1) Masalah kerataan (atau Euclidean spasial) Alam Semesta: kedekatan kelengkungan ruang dengan nol, yang berbeda berdasarkan urutan besarnya dari "harapan teoretis"; 2) masalah ukuran Alam Semesta: akan lebih alami, dari sudut pandang teori, untuk berharap bahwa Alam Semesta kita mengandung tidak lebih dari beberapa partikel elementer, dan tidak 10 88 menurut perkiraan modern - besar lainnya perbedaan antara harapan teoretis dan pengamatan! 3) masalah cakrawala: cukup titik terpencil di Semesta kita belum sempat berinteraksi dan tidak dapat memiliki parameter umum (seperti

kepadatan, suhu, dll). Tetapi Alam Semesta kita, Metagalaxy, dalam skala besar secara mengejutkan menolak untuk menjadi homogen, meskipun tidak mungkin hal menyebabkan antara daerah terpencilnya.

Sekarang, setelah kosmologi inflasi dapat dipecahkan paling Masalah-masalah ini, kesulitan-kesulitan kosmologi relativistik, sering dicantumkan, dan bahkan entah bagaimana dengan sangat sukarela. Tetapi pada tahun 60-70-an, bahkan penyebutan mereka sangat terkendali dan tertutup, terutama dalam menghadapi Nefridman. program penelitian. Pertama, banyak yang masih ingat nasib tragis kosmologi relativistik, menjadi sasaran serangan ideologis tidak hanya di negara kita. Kedua, ada pemahaman umum bahwa di dekat "awal" peran yang menentukan mulai dimainkan efek kuantum. Dari sini diikuti bahwa transmisi lebih lanjut pengetahuan baru dari fisika partikel dasar dan teori medan kuantum diperlukan. Pembahasan masalah kosmologis di tingkat NCM menghasilkan kesimpulan yang sangat menarik. Dua prinsip dasar dikemukakan yang menyebabkan "pergeseran progresif" yang kuat dalam kosmologi.

1) Prinsip kelahiran kuantum Alam Semesta. Singularitas kosmologis adalah fitur yang tak terhindarkan dari struktur konseptual kosmologi kuantum. Tetapi dalam kosmologi kuantum ini hanya perkiraan kasar, yang harus diganti dengan konsep fluktuasi vakum spontan (Tryon, 1973).

2) Prinsip inflasi, yang menurutnya, tak lama setelah awal ekspansi Semesta, proses inflasi eksponensialnya terjadi. Itu berlangsung sekitar 10 -35 detik, tetapi selama waktu ini daerah pembengkakan harus mencapai, dalam kata-kata A.D. Linde, "ukuran yang tak terbayangkan." Menurut beberapa model inflasi, skala Alam Semesta (dalam cm) akan mencapai 10 pangkat 10 12 , yaitu. nilai-nilai yang jauh lebih besar daripada jarak ke objek terjauh di alam semesta yang dapat diamati.

Inflasi versi pertama dipertimbangkan oleh A.A. Starobinsky pada tahun 1979, kemudian tiga skenario alam semesta yang menggembung muncul berturut-turut: skenario A. Gus (1981), yang disebut skenario baru (A.D. Linde, A. Albrecht, P.J. . Steinhardt, 1982), skenario inflasi yang kacau (A.D. Linde, 1986). Skenario inflasi kacau berasal dari fakta bahwa mekanisme yang menghasilkan inflasi cepat alam semesta awal disebabkan oleh medan skalar, yang memainkan peran kunci sebagai

dalam fisika partikel dasar dan dalam kosmologi. Medan skalar di alam semesta awal dapat mengambil nilai yang berubah-ubah; maka namanya, mengasapi kacau.

Bloat menjelaskan banyak sifat alam semesta yang menimbulkan masalah yang sulit dipecahkan untuk kosmologi Friedmann. Misalnya, alasan perluasan Semesta adalah aksi gaya antigravitasi dalam ruang hampa. Menurut kosmologi inflasi, alam semesta harus datar. A.D. Linde bahkan menganggap fakta ini sebagai prediksi kosmologi inflasi, dikonfirmasi oleh pengamatan. Sinkronisasi perilaku daerah-daerah terpencil di Semesta juga tidak menjadi masalah.

Teori Alam Semesta yang menggembung memperkenalkan (sejauh ini pada tingkat hipotetis) perubahan serius di blok "dunia secara keseluruhan" dari NCM.

1. Sesuai sepenuhnya dengan analisis filosofis konsep "Alam Semesta secara keseluruhan", yang mengarah pada kesimpulan bahwa itu adalah "segala sesuatu yang ada" dari sudut pandang teori atau model kosmologis tertentu (dan bukan dalam beberapa pengertian mutlak), teori membuat perluasan cakupan konsep ini yang belum pernah terjadi sebelumnya dibandingkan dengan kosmologi relativistik. titik bersama pandangan bahwa Metagalaxy kita adalah seluruh Alam Semesta, telah ditinggalkan. Dalam kosmologi inflasi, konsep Metaverse diperkenalkan, sedangkan istilah "semesta mini" diusulkan untuk wilayah skala Metagalaxy. Sekarang Metauniverse dianggap sebagai "segala sesuatu yang ada" dari sudut pandang kosmologi inflasi, dan Metagalaxy - sebagai area lokalnya. Tapi mungkin saja jika itu dibuat teori terpadu interaksi fisik(ETT, TVO), maka cakupan konsep Semesta secara keseluruhan akan kembali diperluas (atau diubah) secara signifikan.

2. Teori Friedman didasarkan pada prinsip keseragaman Alam Semesta (Metagalaxy). Kosmologi inflasi, sambil menjelaskan fakta homogenitas skala besar Semesta dengan bantuan mekanisme inflasi, secara bersamaan memperkenalkan prinsip baru - heterogenitas ekstrem Metaverse. Fluktuasi kuantum yang terkait dengan munculnya alam semesta mini menyebabkan perbedaan hukum fisika dan kondisi, dimensi ruang-waktu, sifat partikel elementer, dan objek ekstra-metagalaksi lainnya. Perlu saya ingatkan Anda bahwa prinsip variasi tak terbatas dunia materi, khususnya, miliknya bentuk fisik- ini adalah ide filosofis yang agak lama, yang sekarang menemukan konfirmasi baru dalam kosmologi.

3. Metauniverse sebagai kumpulan banyak alam semesta mini yang timbul dari fluktuasi "busa" ruang-waktu jelas tak terbatas, tidak memiliki awal dan akhir dalam waktu (I.D. Novikov menyebutnya "Alam Semesta muda abadi", tidak curiga bahwa metafora ini adalah awal abad ke-20 ditemukan oleh K.E. Tsiolkovsky, mengkritik teori kematian panas Semesta).

4. Teori Alam Semesta yang mengembang menganggap proses evolusi kosmik dengan cara yang sangat berbeda dari teori Friedmann. Dia menolak gagasan bahwa seluruh alam semesta muncul 10 9 tahun yang lalu dari keadaan tunggal. Ini baru usia alam semesta mini kita, Metagalaxy, yang muncul dari "busa" vakum. Akibatnya, "sebelum" dimulainya perluasan Metagalaxy, ada ruang hampa, yang oleh ilmu pengetahuan modern dianggap sebagai salah satu bentuk fisik materi. Tetapi bahkan sebelum kesimpulan ini dibuat dalam konteks kosmologis, relativitas, dan sama sekali bukan kemutlakan, dan karakter ekspansi yang sepenuhnya alami, dan bukan transenden, didukung dari pertimbangan filosofis. Jadi, konsep "penciptaan dunia", yang pernah ditemukan dalam teks-teks A.A. Fridman, dan berkali-kali - dalam karya-karya teologis, filosofis, dan sebenarnya kosmologis sepanjang sebagian besar abad ke-20, ternyata tidak lebih dari sebuah metafora. yang tidak mengikuti dari esensi kosmologi inflasi. Metaverse, menurut teori itu, mungkin menjadi stasioner sama sekali, meskipun evolusi alam semesta mini yang tercakup di dalamnya dijelaskan oleh teori big bang.

A.D. Linde memperkenalkan konsep inflasi abadi, yang menjelaskan: proses evolusi, melanjutkan sebagai reaksi berantai. Jika Metaverse berisi setidaknya satu wilayah balon, ia akan terus menelurkan wilayah balon baru. Struktur percabangan alam semesta mini muncul, mirip dengan fraktal.

5. Kosmologi inflasi telah memungkinkan untuk memberikan pemahaman yang sama sekali baru tentang masalah singularitas. Konsep singularitas, yang tidak dapat dipindahkan dalam kerangka model relativistik standar berdasarkan metode deskripsi dan penjelasan klasik, secara signifikan mengubah maknanya dalam metode deskripsi dan penjelasan kuantum yang digunakan dalam kosmologi inflasi. Ternyata sama sekali tidak perlu berasumsi bahwa ada semacam awal tunggal dunia, meskipun asumsi ini menemui beberapa kesulitan. Namun, menurut A.D. Linde, dalam skenario inflasi alam semesta yang kacau, “terlihat jelas bahwa

alih-alih tragedi kelahiran seluruh dunia dari singularitas, yang sebelumnya tidak ada apa pun, dan transformasi selanjutnya menjadi tidak ada, kita berurusan dengan proses transformasi timbal balik fase tanpa akhir di mana fluktuasi kuantum metrik kecil atau, sebaliknya, besar. Dari sini, kesimpulan yang baru-baru ini tak tergoyahkan tentang keberadaan singularitas kosmologis umum pada awal ekspansi kehilangan kredibilitasnya. Tidak perlu mengklaim bahwa semua bagian alam semesta mulai mengembang secara bersamaan. Singularitas digantikan dalam teori Semesta yang mengembang dengan fluktuasi kuantum vakum.

6. Pada tahap perkembangannya sekarang, kosmologi inflasioner sedang merevisi ide-ide sebelumnya tentang kematian panas Alam Semesta. A.D. Linde berbicara tentang "Alam Semesta yang bereproduksi sendiri", yaitu. proses pengorganisasian diri tanpa akhir. Miniverse datang dan pergi, tetapi tidak ada akhir tunggal untuk proses ini.

7. Prinsip antropik (AP) memainkan peran penting dalam kosmologi relativistik dan inflasi. Ini menghubungkan parameter fundamental alam semesta kita, Metagalaxy, parameter partikel elementer dan fakta keberadaan manusia di Metagalaxy. Kondisi kosmologis yang diperlukan untuk penampilan manusia meliputi: Alam Semesta (Metagalaxy) harus cukup besar, datar, dan homogen. Sifat-sifat inilah yang mengikuti teori alam semesta yang mengembang. Mustahil untuk menjelaskan keseragaman struktur dan sifat-sifatnya dalam wilayah yang dicakup oleh pengamatan tanpa melibatkan proses inflasi di alam semesta awal.

Sangat mudah untuk melihat bahwa dasar-dasar filosofis dari kosmologi inflasioner menjalin ide-ide dan gambaran-gambaran yang terpisah, yang diterjemahkan dari sistem-sistem filosofis yang berbeda. Misalnya, gagasan tentang jumlah dunia yang tak terbatas memiliki tradisi filosofis yang panjang sejak zaman Leucippus, Democritus, Epicurus, Lucretius. Terutama mendalam dikembangkan oleh Nicholas dari Cusa dan Giordano Bruno. Gagasan metafisika Aristoteles tentang transformasi kemungkinan yang mungkin menjadi aktual berdampak tidak hanya pada metode deskripsi dan penjelasan kuantum yang digunakan oleh kosmologi inflasi, tetapi juga ternyata - secara paradoks! - pendahulu ide-ide evolusi teori ini. Ini paradoks karena Aristoteles sendiri menganggap Alam Semesta sebagai satu-satunya dan, menganggap kemunculan dan kehancuran sebagai proses bumi, dikaitkan dengan invariabilitas langit di

waktu dan penutupan dalam ruang. Tetapi ide-ide yang diungkapkan olehnya tentang keberadaan potensial dan aktual dipindahkan, bertentangan dengan pandangan Aristoteles sendiri, ke Metaverse yang tak terbatas. Mereka juga menemukan pengaruh gagasan Plato dalam landasan filosofis kosmologi inflasioner. Hal ini dapat ditelusuri, bagaimanapun, melalui Neoplatonis dari Renaisans.

Beberapa peneliti (misalnya, A.N. Pavlenko) percaya bahwa kosmologi inflasi harus dianggap sebagai tahap baru dalam revolusi modern dalam ilmu Semesta, karena tidak hanya menciptakan NCM baru, tetapi juga mengarah pada revisi beberapa cita-cita dan norma pengetahuan (misalnya, bukti ideal pengetahuan, yang direduksi menjadi faktor intra-teoretis). Sebagai perkiraan atau penilaian ahli, sudut pandang seperti itu dapat diterima jika kita memperhitungkan keadaan berikut.

Tentu saja, perkembangan teori yang menyebabkan perubahan besar dalam pengetahuan kita tentang dunia dan konsekuensi ideologis yang serius adalah tanda yang diperlukan dari tahap tertentu. revolusi ilmiah. Namun, fitur ini harus dilengkapi dengan pembenaran. teori baru, pengakuannya kepada Komunitas ilmiah, yang juga termasuk dalam struktur pergeseran revolusioner. Dengan tingkat radikalitas yang dengannya kosmologi inflasi (terutama varian inflasi kacau) merevisi gambaran dunia secara keseluruhan, itu jelas melampaui teori A.A. Fridman. Di komunitas kosmolog, dia mulai menggunakan pengaruh besar, yang didirikan, bagaimanapun, tidak segera. Pada paruh pertama tahun 1980-an, berbagai skenario untuk kelahiran kuantum Semesta dari ruang hampa dianggap kompetitif, salah satunya adalah kosmologi inflasi. Ini karena kekurangan yang signifikan dari skenario mengasapi pertama. Baru setelah munculnya skenario inflasi yang kacau balau terjadi terobosan dalam pengenalan kosmologi baru. Namun demikian, masalah pembuktian teori kosmologis ini tetap terbuka untuk saat ini, justru karena tidak sesuai dengan cita-cita dan standar pengetahuan berbasis bukti yang diterima saat ini (Alam Semesta lain pada dasarnya tidak dapat diamati). Harapan untuk perubahan cita-cita ini di masa mendatang (penghapusan kewajiban "pembenaran eksternal") masih kecil. Tegasnya, revolusi yang berpotensi diwujudkan dalam kosmologi inflasi mungkin terjadi atau tidak. Sejauh ini, orang hanya bisa berharap untuk perkembangannya, tidak sepenuhnya mengecualikan belokan lain yang tak terduga dan belum terduga di area ini.

Asimilasi sosiokultural dari kosmologi inflasi mengandung poin yang aneh. Menjadi sangat revolusioner pada intinya, yang baru teori kosmologi tidak menyebabkan banyak "ledakan". Sekitar 20 tahun telah berlalu sejak munculnya versi pertama teori ini, tetapi hampir tidak melampaui lingkaran spesialis yang agak sempit, tidak menjadi sumber diskusi filosofis, bahkan menyerupai pertempuran sengit di sekitar teori Copernicus, yang menggairahkan pikiran bahkan sebelum publikasi risalah abadinya, atau seputar teori A.A. Fridman. Keadaan yang mencolok ini membutuhkan penjelasan.

Ada kemungkinan alasan utamanya adalah, sayangnya, penurunan minat pada pengetahuan ilmiah, khususnya, pengetahuan fisik dan matematika, yang secara intensif digantikan oleh berbeda jenis pengganti, sering menyebabkan kegembiraan yang jauh lebih besar daripada yang paling kelas satu prestasi ilmiah. Sekarang hanya sedikit penemuan sains yang menemukan hubungan langsung dengan masalah keberadaan manusia yang menemukan jawabannya.

Selanjutnya, kosmologi inflasi sangat teori kompleks, yang tidak begitu jelas bahkan untuk spesialis dari bidang fisika tetangga, dan terlebih lagi untuk non-spesialis, dan berdasarkan ini saja berada di luar cakupan minat ini.

Akhirnya, gagasan tentang alam semesta tunggal dan terbatas dalam waktu berakar terlalu dalam dalam budaya, memiliki terlalu banyak pengaruh padanya. pengaruh yang kuat untuk dengan mudah memberi jalan pada teori yang jelas-jelas menyerupai pola kosmologis yang telah lama dibuang.

Namun, kemajuan dalam kosmologi terus berlanjut dan tahun-tahun mendatang kemungkinan akan mengarah pada perkiraan yang lebih meyakinkan tentang teori alam semesta inflasi.

literatur

1. Linde A.D. Fisika partikel dasar dan kosmologi inflasi. M., 1990.

2. Kazyutinsky V.V. Konsep "Alam Semesta" // Infinity dan Alam Semesta. M, 1969.

3. Kazyutinsky V.V. Gagasan Alam Semesta // Masalah Filsafat dan Pandangan Dunia ilmu pengetahuan modern. M, 1981.