pisika,

Astronomiya

• Pagsasalin

Ito ay hindi na isang teoryang haka-haka, dahil apat sa kanila ang nakumpirma na.

Ang mga pang-agham na ideya ay dapat na simple, nagpapaliwanag at mahuhulaan. At sa pagkakaalam natin ngayon, ang inflationary multiverse ay walang ganoong katangian.
- Paul Steinhart, 2014

Kapag iniisip natin ang Big Bang, naiisip natin ang panimulang punto ng uniberso: ang mainit, siksik, lumalawak na estado kung saan lumitaw ang lahat. Sa pamamagitan ng pagpuna at pagsukat sa kasalukuyang pagpapalawak ng Uniberso - ang mga kalawakan na lumilipad hiwalay sa isa't isa, hindi lamang natin matutukoy ang kapalaran ng Uniberso, kundi pati na rin ang simula nito.

Ngunit ang mainit at siksik na estado na ito ay puno ng maraming katanungan, kabilang ang:

Bakit napakalayo, iba't ibang mga rehiyon ng kalawakan, na hindi makapagpalitan ng impormasyon mula noong simula ng panahon, na puno ng parehong density ng bagay at radiation ng parehong temperatura?

Bakit ang Universe, na magbabalik kung ito ay mas substance, o lalawak ba ito sa isang estado ng hindi pag-iral kung ito ay may mas kaunting bagay, kaya perpektong balanse?

At saan, kung ang Uniberso ay dating nasa isang napakainit at siksik na estado, ang lahat ng mga high-energy na relic particle na ito (tulad ng mga magnetic monopoles), na ayon sa teorya ay dapat na madaling makita ngayon?

Ang mga sagot sa mga tanong ay natagpuan noong huling bahagi ng 1979, unang bahagi ng 1980, nang isulong ni Alan Guth ang teorya ng cosmic inflation.

Ipagpalagay na ang Big Bang ay nauna sa isang estado kung saan ang Uniberso ay hindi napuno ng materya at radiation, ngunit lamang malaking dami enerhiya na likas sa tela ng kosmos mismo, nagawa ni Gut na lutasin ang lahat ng mga problemang ito. Bilang karagdagan, mayroong iba pang mga pag-unlad noong 1980s na naging posible upang makahanap ng mga bagong klase ng mga modelo na tumutulong sa mga inflationary na modelo upang muling buuin ang kasalukuyang Uniberso:

Puno ng substance at radiation
isotropic (pareho sa lahat ng direksyon),
homogenous (pareho sa lahat ng mga punto),
mainit, siksik at lumalawak sa paunang estado.

Ang ganitong mga modelo ay binuo ni Andrey Linde, Paul Steinhart, Andy Albrecht, at ang mga karagdagang detalye ay ginawa ni Henry Tai, Bruce Allen, Alexey Starobinsky, Michael Turner, David Schramm, Rocky Kolb at iba pa.

May nakita kaming kapansin-pansin: dalawa generic na klase Ibinigay sa amin ng mga modelo ang lahat ng kailangan namin. Nagkaroon ng bagong inflation, na may potensyal na flat sa itaas, kung saan ang inflationary field ay maaaring "dahan-dahang gumulong" hanggang sa ibaba, at nagkaroon ng magulong inflation na may potensyal na hugis-U, kung saan maaari ding dahan-dahang dumulas ang isa.

Sa parehong mga kaso, ang espasyo ay lumawak nang husto, itinuwid, ang mga pag-aari nito ay pareho sa lahat ng dako, at nang matapos ang inflation, bumalik ka sa isang Uniberso na halos kapareho sa atin. Bilang karagdagan, nakatanggap ka ng limang karagdagang hula kung saan walang mga obserbasyon sa oras na iyon.

1) Flat Universe. Noong unang bahagi ng 1980s, natapos namin ang mga pag-aaral sa survey ng mga kalawakan, mga kumpol ng kalawakan, at nagsimulang maunawaan ang malakihang istruktura ng uniberso. Batay sa aming nakita, nasukat namin ang dalawang tagapagpahiwatig:

Ang kritikal na densidad ng Uniberso, iyon ay, ang densidad ng bagay na kailangan para sa perpektong balanse ng Uniberso sa pagitan ng muling pagbagsak at walang hanggang paglawak.
tunay na density bagay sa Uniberso, hindi lamang kumikinang na bagay, gas, alikabok at plasma, ngunit lahat ng pinagmumulan, kabilang ang madilim na bagay, na may gravitational effect.

Nalaman namin na ang pangalawang indicator ay nasa pagitan ng 10% at 35% ng una, depende sa pinagmulan ng data. Sa madaling salita, ang bagay sa Uniberso ay mas mababa kaysa sa kritikal na halaga - na nangangahulugan na ang Uniberso ay bukas.

Ngunit hinulaan ng inflation ang isang patag na uniberso. Kinukuha nito ang uniberso ng anumang hugis at iniuunat ito sa isang patag na estado, o, ayon sa kahit na, sa isang estado na hindi makikilala sa flat. Sinubukan ng maraming tao na bumuo ng mga modelo ng inflation na nagbibigay sa uniberso ng negatibong curvature (bukas) ngunit hindi naging matagumpay.

Sa pagdating ng panahon ng madilim na enerhiya, ang supernova observation noong 1998, na sinusundan ng pagkolekta ng data mula sa proyekto ng WMAP, na unang inilabas noong 2003 (at ang data mula sa proyekto ng Boomerang, na inilabas ng kaunti mas maaga), dumating kami sa konklusyon na ang uniberso ay talagang patag , at ang dahilan ng mababang density ng bagay ay ang pagkakaroon ng bago, hindi inaasahang anyo ng enerhiya na ito.

2) Ang isang uniberso na may mga pagbabago sa mga kaliskis na mas malaki kaysa sa liwanag ay maaaring pagtagumpayan. Ang inflation - sa pamamagitan ng pagpapalawak ng espasyo ng sansinukob - pinapataas ang nangyayari sa napakaliit na antas hanggang sa napakalaki. Ang uniberso sa ngayon ay may likas na kawalan ng katiyakan antas ng dami, maliit na pagbabago sa enerhiya dahil sa prinsipyo ng kawalan ng katiyakan ni Heisenberg.

Ngunit sa panahon ng inflation, ang maliliit na pagbabago-bago ng enerhiya na ito ay dapat na nakaunat sa buong uniberso hanggang sa napakalaking macroscopic na kaliskis, na umaabot sa buong lawak nito! (Sa pangkalahatan, at higit pa, dahil hindi natin mapapansin ang anumang bagay na nasa labas ng nakikitang uniberso).

Ngunit tinitingnan ang mga pagbabago relic radiation sa pinakamalaking sukat na nagawa ng proyekto ng COBE sa ilang lawak noong 1992, nakita namin ang mga pagbabagong ito. At sa mga pinahusay na resulta mula sa WMAP, nasusukat namin ang kanilang laki at nakitang naaayon sila sa mga hula sa inflation.

3) Isang uniberso na may adiabatic fluctuations, iyon ay, na may parehong entropy sa lahat ng dako. Ang mga pagbabagu-bago ay maaaring magkaiba: adiabatic, pare-pareho ang kurbada, o pinaghalong parehong uri. Hinulaan ng inflation ang 100% adiabatic fluctuation, na nangangahulugan ng pagkakaroon ng mahusay na tinukoy na mga parameter ng CMB na maaaring masukat sa WMAP, at mga malalaking istruktura na sinusukat sa mga proyektong 2dF at SDSS. Kung ang CMB at malakihang pagbabagu-bago ay nauugnay sa isa't isa, sila ay adiabatic, at kung hindi, maaari silang maging pare-pareho ang kurbada. Kung ang uniberso ay may iba't ibang hanay ng mga pagbabago, hindi natin malalaman ang tungkol dito hanggang sa taong 2000!

Ngunit ang puntong ito ay lubos na ipinagkaloob, salamat sa iba pang mga pagsulong sa teorya ng implasyon, na ang kumpirmasyon nito ay halos hindi napapansin. Ito ay isang kumpirmasyon lamang ng kung ano ang "alam" na natin kung saan sa katunayan ito ay kasing rebolusyonaryo ng alinman sa iba.

4) Isang uniberso kung saan ang spectrum ng mga pagbabago ay bahagyang mas maliit kaysa sa isang scale-invariant (n s< 1). Это серьёзное предсказание! Конечно, инфляция, в общем, предсказывает, что флуктуации должны быть масштабно-инвариантными. Но есть подвох, или уточнение: форма инфляционных потенциалов влияет на то, как спектр флуктуаций отличается от идеальной масштабной инвариантности.

Ang mga gumaganang modelong natuklasan noong 1980s ay hinulaang ang fluctuation spectrum (scalar spectral index, n s) ay dapat na bahagyang mas mababa sa 1, sa isang lugar sa pagitan ng 0.92 at 0.98, depende sa modelong ginamit.

Nang makuha namin ang data ng pagmamasid, nalaman namin na ang nasusukat na halaga, n s , ay humigit-kumulang 0.97, na may error (ayon sa mga sukat ng CMB ng proyekto ng BAO) na 0.012. Una silang napansin sa WMAP, at ang pagmamasid na ito ay hindi lamang nakumpirma, ngunit pinalakas din ng iba sa paglipas ng panahon. Tunay na mas mababa ito sa isa, at ang inflation lamang ang gumawa ng hulang ito.

5) At, sa wakas, ang Uniberso na may tiyak na spectrum ng pagbabagu-bago ng mga gravitational wave. Ito ang pinakabagong hula, ang isa lamang sa mga malalaking hindi pa nakumpirma. Ang ilang mga modelo, gaya ng magulong modelo ng inflation ni Linde, ay gumagawa ng malalaking gravity wave (na dapat napansin ng BICEP2), ang iba, gaya ng Albrecht-Steinhard model, ay maaaring gumawa ng napakaliit na gravity wave.

Alam namin kung anong spectrum ang dapat mayroon sila at kung paano nakikipag-ugnayan ang mga alon na ito sa mga pagbabago sa polarisasyon ng CMB. Ang kawalan ng katiyakan ay nasa kanilang lakas lamang, na maaaring napakaliit upang obserbahan, depende sa kung aling modelo ng inflation ang tama.

Isaisip ito sa susunod na magbasa ka ng artikulo tungkol sa speculative na katangian ng teorya ng inflation, o tungkol sa kung paano nagdududa ang isa sa mga tagapagtatag ng teorya sa katotohanan nito. Oo, sinusubukan ng mga tao na maghanap ng mga butas pinakamahusay na mga teorya at maghanap ng mga alternatibo; Ginagawa namin ito ng mga siyentipiko.

Ngunit ang inflation ay hindi isang teoretikal na halimaw na hiwalay sa pagmamasid. Gumawa siya ng limang bagong hula, apat sa mga ito ang kinumpirma namin! Maaaring hinulaan niya ang mga bagay na hindi pa natin alam kung paano subukan, tulad ng multiverse, ngunit hindi nito inaalis ang kanyang tagumpay.

Ang teorya ng cosmic inflation ay hindi na haka-haka. Salamat sa mga obserbasyon sa CMB at malalaking istruktura ng uniberso, nakumpirma namin ang kanyang mga hula. Ito ang pinaka una sa lahat ng mga pangyayari na nangyari sa ating uniberso. Ang cosmic inflation ay nangyari noon Big Bang at inihanda ang lahat para sa kanyang hitsura. At baka marami pa tayong matutunan salamat sa kanya!

Bilang karagdagan sa tanong ng pinagmulan ng uniberso, ang mga modernong kosmologist ay nahaharap sa maraming iba pang mga problema. Upang mahuhulaan ng pamantayan ang pamamahagi ng bagay na ating naobserbahan, ang paunang estado nito ay dapat na mailalarawan ng napakataas na antas ng organisasyon. Ang tanong ay agad na lumitaw: paano mabubuo ang gayong istraktura?

Physicist na si Alan Guth ng Massachusetts Institute of Technology iminungkahi ang kanyang sariling bersyon, na nagpapaliwanag sa kusang paglitaw ng organisasyong ito, na inaalis ang pangangailangan na artipisyal na ipasok ang eksaktong mga parameter sa mga equation na naglalarawan sa paunang estado ng Uniberso. Ang kanyang modelo ay tinawag na "inflationary universe". Ang kakanyahan nito ay na sa loob ng isang mabilis na lumalawak, sobrang init na Uniberso, ang isang maliit na lugar ng espasyo ay lumalamig at nagsisimulang lumawak nang mas malakas, tulad ng supercooled na tubig na mabilis na nagyeyelo, lumalawak sa parehong oras. Ang yugtong ito ng mabilis na pagpapalawak ay nag-aalis ng ilan sa mga problemang likas sa karaniwang mga teorya ng big bang.

Gayunpaman, ang modelo ni Guth ay hindi rin walang mga depekto. Upang mailarawan nang tama ng mga equation ni Guth ang inflationary Universe, kinailangan niyang itakda nang tumpak ang mga paunang parameter para sa kanyang mga equation. Kaya, nahaharap siya sa parehong problema tulad ng mga tagalikha ng iba pang mga teorya. Inaasahan niyang mapupuksa ang pangangailangan na tukuyin ang eksaktong mga parameter ng mga kondisyon ng big bang, ngunit para dito kailangan niyang ipakilala ang kanyang sariling parameterization, na nanatiling hindi maipaliwanag. Inamin ni Guth at ng kanyang kapwa may-akda na si P. Steingart na sa kanilang modelo "ang mga kalkulasyon ay humahantong sa mga katanggap-tanggap na hula lamang kung ang ibinigay na mga paunang parameter ng mga equation ay nag-iiba sa isang napakakitid na hanay. Karamihan sa mga teorista (kabilang ang ating sarili) ay isinasaalang-alang ang gayong mga paunang kondisyon na hindi malamang." Ang mga may-akda ay nagpatuloy sa pag-uusap tungkol sa kanilang pag-asa na balang araw ay bubuo ang mga bagong teorya sa matematika na magpapahintulot sa kanila na gawing mas makatwiran ang kanilang modelo.

Ang dependency na ito ay hindi pa bukas na mga teorya ay isa pang pagkukulang ng modelo ng Guth. Teorya pinag-isang larangan, kung saan nakabatay ang modelo ng inflationary universe, ay ganap na hypothetical at "hindi maganda ang pagpapahiram ng sarili sa experimental verification, dahil karamihan ang mga hula nito ay hindi masusuri sa dami sa laboratoryo." (Ang pinag-isang teorya ng larangan ay isang medyo kahina-hinalang pagtatangka ng mga siyentipiko na itali ang ilan sa mga pangunahing puwersa ng uniberso.)

Ang isa pang pagkukulang ng teorya ni Guth ay wala itong sinasabi tungkol sa pinagmulan ng sobrang init at lumalawak na bagay. Sinubukan ni Guth ang pagiging tugma ng kanyang inflationary theory na may tatlong hypotheses para sa pinagmulan ng uniberso. Una niyang isinaalang-alang ang karaniwang teorya ng big bang. Sa kasong ito, ayon kay Gut, ang inflationary episode ay dapat na nangyari sa isa sa mga unang yugto ng ebolusyon ng Uniberso. Gayunpaman, ang modelong ito ay nagdudulot ng hindi malulutas na problema sa singularity. Ang pangalawang hypothesis ay nagpopostulate na ang uniberso ay lumitaw mula sa kaguluhan. Ang ilang bahagi nito ay mainit, ang iba ay malamig, ang iba ay lumalawak at ang iba ay kumukuha. Sa kasong ito, ang inflation ay dapat na nagsimula sa isang sobrang init at lumalawak na rehiyon ng uniberso. Totoo, inamin ni Guth na hindi maipaliwanag ng modelong ito ang pinagmulan ng pangunahing kaguluhan.

Ang pangatlong posibilidad, na pinapaboran ni Guth, ay ang isang sobrang init, lumalawak na kumpol ng bagay na lumalabas sa quantum-mechanically mula sa walang laman. Sa isang artikulo na lumabas sa Scientific American noong 1984, nangatuwiran sina Guth at Steingart: “Ang inflationary model ng uniberso ay nagbibigay sa atin ng ideya ng posibleng mekanismo, sa tulong kung saan ang nakikitang Uniberso ay maaaring lumitaw mula sa isang napakaliit na rehiyon ng kalawakan. Dahil alam ito, mahirap labanan ang tukso na gawin ito ng isang hakbang pa at magdesisyon na ang uniberso ay literal na umiral mula sa wala."

Gaano man kaakit-akit ang ideyang ito para sa mga siyentipiko na handang humawak ng sandata laban sa anumang pagbanggit ng posibilidad ng pagkakaroon ng isang mas mataas na kamalayan na lumikha ng Uniberso, sa mas malapit na pagsusuri ay hindi ito nagtataglay ng tubig. Ang "wala" na pinag-uusapan ni Guth ay isang hypothetical na quantum mechanical vacuum, na inilarawan ng hindi pa nabuong pinag-isang field theory, na dapat pag-isahin ang mga equation quantum mechanics at ang pangkalahatang teorya ng relativity. Sa madaling salita, sa ngayon ang vacuum na ito ay hindi mailarawan kahit na sa teorya.

Dapat pansinin na inilarawan ng mga physicist ang isang mas simpleng uri ng quantum mechanical vacuum, na isang dagat ng tinatawag na "virtual particle", mga fragment ng mga atom na "halos umiiral". Paminsan-minsan, ang ilan sa mga subatomic na particle na ito ay dumadaan mula sa vacuum patungo sa mundo. materyal na katotohanan. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na vacuum fluctuations. Ang mga pagbabagu-bago ng vacuum ay hindi maaaring direktang maobserbahan, ngunit ang mga teoryang nagpopostulate ng kanilang pag-iral ay nakumpirma sa eksperimentong paraan. Ayon sa mga teoryang ito, ang mga particle at antiparticle ay nagmumula sa isang vacuum nang walang dahilan at halos agad-agad na nawawala, na nagwawasak sa isa't isa. Ipinagpalagay ni Guth at ng kanyang mga kasamahan na sa isang punto, sa halip na isang maliit na butil, isang buong uniberso ang lumitaw mula sa vacuum, at sa halip na agad na mawala, ang uniberso na ito sa paanuman ay umiral nang bilyun-bilyong taon. Nalutas ng mga may-akda ng modelong ito ang problema sa singularity sa pamamagitan ng pagpopostulate na ang estado kung saan umusbong ang uniberso mula sa vacuum ay medyo naiiba sa estado ng singularity.

Gayunpaman, ang sitwasyong ito ay may dalawang pangunahing kawalan. Una, mabigla lamang ang isang tao sa katapangan ng imahinasyon ng mga siyentipiko na nagpakalat ng medyo limitadong karanasan sa mga subatomic na particle sa buong sansinukob. Si S. Hawking at G. Ellis ay matalinong nagbabala sa kanilang labis na masigasig na mga kasamahan: "Ang pagpapalagay na ang mga batas ng pisika, na natuklasan at pinag-aralan sa laboratoryo, ay magiging wasto sa iba pang mga punto sa space-time continuum ay, siyempre, isang napaka-bold. extrapolation.” Pangalawa, mahigpit na pagsasalita, ang quantum mechanical vacuum ay hindi matatawag na "wala". Paglalarawan ng quantum mechanical vacuum, kahit na sa pinakasimpleng ng umiiral na mga teorya sumasakop sa maraming mga pahina ng lubos na abstract na mga kalkulasyon sa matematika. Ang ganitong sistema ay walang alinlangan na "isang bagay", at ang parehong matigas na tanong ay agad na lumitaw: "Paano lumitaw ang gayong kumplikadong organisadong "vacuum"?

Bumalik tayo sa orihinal na problema na nilikha ni Guth ang inflationary model upang lutasin: ang problema ng tumpak na pag-parameter sa paunang estado ng uniberso. Kung walang ganitong parametrization, imposibleng makuha ang naobserbahang pamamahagi ng bagay sa Uniberso. Gaya ng nakita natin, nabigo si Gut na lutasin ang problemang ito. Bukod dito, ang mismong posibilidad na ang anumang bersyon ng big bang theory, kabilang ang bersyon ni Guth, ay maaaring mahulaan ang naobserbahang pamamahagi ng bagay sa uniberso ay tila nagdududa.

Ang napaka-organisadong paunang estado sa modelo ni Guth, sa kanyang sariling mga salita, sa kalaunan ay nagiging isang "Universe" na may diameter na 10 sentimetro, na puno ng homogenous, super-dense, superheated na gas. Ito ay lalawak at lalamig, ngunit walang dahilan upang maniwala na ito ay magiging anumang bagay na higit pa sa isang homogenous na ulap ng gas. Sa katunayan, ang lahat ng big bang theories ay humahantong sa resultang ito. Kung si Guth ay kailangang gumawa ng maraming mga trick at gumawa ng mga kahina-hinala na pagpapalagay upang sa wakas ay makuha ang Uniberso sa anyo ng isang ulap ng homogenous na gas, kung gayon maiisip ng isa kung ano ang dapat na mathematical apparatus ng teorya, na humahantong sa Uniberso tulad ng alam natin. ito!

Ang isang mahusay na teoryang pang-agham ay ginagawang posible upang mahulaan ang maraming kumplikadong natural na phenomena mula sa isang simple teoretikal na pamamaraan. Ngunit sa teorya ni Guth (at anumang iba pang bersyon), ang kabaligtaran ay totoo: bilang resulta ng kumplikadong mga kalkulasyon sa matematika, nakakakuha tayo ng lumalawak na bula ng isang homogenous na gas. Sa kabila nito, ang mga siyentipikong journal ay nag-iimprenta ng mga masigasig na artikulo tungkol sa teorya ng inflationary, na sinamahan ng maraming makulay na mga guhit, na dapat magbigay ng impresyon sa mambabasa na sa wakas ay nakamit na ni Guth ang kanyang itinatangi na layunin - nakakita siya ng paliwanag para sa pinagmulan ng uniberso. Mas magiging tapat na magbukas lang ng permanenteng rubric mga siyentipikong journal upang i-publish dito ang teorya ng pinagmulan ng uniberso, sunod sa moda ngayong buwan.

Kahit na mahirap isipin ang pagiging kumplikado ng paunang estado at ang mga kondisyon na kinakailangan para sa paglitaw ng ating Uniberso kasama ang lahat ng pagkakaiba-iba ng mga istruktura at organismo nito. Sa kaso ng ating uniberso, ang antas ng pagiging kumplikado na ito ay halos hindi maipaliwanag ng mga pisikal na batas lamang.

Ano ang mangyayari kung, sa malayong nakaraan, ang espasyo ng uniberso ay nasa isang estado ng huwad na vacuum? Kung ang densidad ng bagay sa panahong iyon ay mas mababa kaysa sa kinakailangan upang balansehin ang uniberso, kung gayon ang kasuklam-suklam na gravity ay nangingibabaw. Ito ay magiging sanhi ng paglawak ng uniberso, kahit na hindi ito lumawak sa simula.

Upang gawing mas tiyak ang ating mga ideya, ipagpalagay natin na ang Uniberso ay sarado. Tapos parang puffs up siya hot air balloon. Habang lumalaki ang volume ng Uniberso, nagiging rarefied ang matter at bumababa ang density nito. Gayunpaman, ang maling vacuum mass density ay isang nakapirming pare-pareho; ito ay palaging nananatiling pareho. Kaya napakabilis na ang density ng bagay ay nagiging bale-wala, naiwan tayo ng isang pare-parehong lumalawak na dagat ng maling vacuum.

Ang pagpapalawak ay sanhi ng pag-igting ng maling vacuum, na mas malaki kaysa sa atraksyon na nauugnay sa mass density nito. Dahil wala sa mga dami na ito ang nagbabago sa paglipas ng panahon, ang rate ng pagpapalawak ay nananatiling pare-pareho sa isang mataas na antas ng katumpakan. Ang rate na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng proporsyon kung saan ang uniberso ay lumalawak bawat yunit ng oras (sabihin, isang segundo). Sa kahulugan, ang halagang ito ay halos kapareho sa rate ng inflation sa ekonomiya - ang porsyento ng pagtaas ng mga presyo bawat taon. Noong 1980, nang si Guth ay nagtuturo ng isang seminar sa Harvard, ang rate ng inflation ng US ay 14%. Kung mananatiling hindi nagbabago ang halagang ito, magdodoble ang mga presyo kada 5.3 taon. Sa katulad na paraan, ang patuloy na bilis ng paglawak ng uniberso ay nagpapahiwatig na mayroong isang nakapirming agwat ng panahon kung kailan dumodoble ang laki ng uniberso.
Ang paglago na nailalarawan sa pamamagitan ng patuloy na pagdoble ng oras ay tinatawag na exponential growth. Ito ay kilala na humantong sa napakalaking numero nang napakabilis. Kung ngayon ang isang slice ng pizza ay nagkakahalaga ng $1, pagkatapos pagkatapos ng 10 pagdodoble cycle (53 taon sa aming halimbawa) ang presyo nito ay magiging $10^(24)$ dollars, at pagkatapos ng 330 cycle ay aabot ito sa $10^(100)$ dollars. Ang napakalaking numerong ito, na sinusundan ng 100 zero, ay may espesyal na pangalan - googol. Iminungkahi ni Guth ang paggamit ng terminong inflation sa kosmolohiya upang ilarawan ang exponential expansion ng uniberso.

Ang oras ng pagdodoble para sa isang uniberso na puno ng isang maling vacuum ay hindi kapani-paniwalang maikli. At kung mas mataas ang enerhiya ng vacuum, mas maikli ito. Sa kaso ng isang electroweak vacuum, ang uniberso ay lalawak sa pamamagitan ng isang factor ng isang googol sa isang-tatlumpung bahagi ng isang microsecond, at sa pagkakaroon ng isang Grand Unification vacuum, ito ay mangyayari $10^(26)$ beses nang mas mabilis. Sa napakaikling bahagi ng isang segundo, ang isang rehiyon na kasinlaki ng isang atom ay magpapalaki sa sukat na mas malaki kaysa sa buong nakikitang uniberso ngayon.

Dahil ang maling vacuum ay hindi matatag, sa kalaunan ay nawasak at ang enerhiya nito ay nag-aapoy ng isang bolang apoy ng mga particle. Ang kaganapang ito ay nagmamarka ng pagtatapos ng inflation at ang simula ng normal na ebolusyon ng kosmolohiya. Kaya, mula sa isang maliit na paunang embryo ay nakakakuha tayo ng napakalaking mainit na lumalawak na Uniberso. At bilang karagdagang bonus, mahimalang inaalis ng sitwasyong ito ang horizon at flat geometry na mga problema na katangian ng Big Bang cosmology.

Ang kakanyahan ng problema sa abot-tanaw ay ang mga distansya sa pagitan ng ilang bahagi ng kapansin-pansing uniberso na tila sila ay palaging mas malaki kaysa sa distansya na nilakbay ng liwanag mula noong Big Bang. Ipinahihiwatig nito na hindi sila kailanman nakipag-ugnayan sa isa't isa, at pagkatapos ay mahirap ipaliwanag kung paano nila nakamit ang halos eksaktong pagkakapantay-pantay ng mga temperatura at densidad. Sa karaniwang teorya ng Big Bang, ang landas na tinatahak ng liwanag ay lumalaki sa proporsyon sa edad ng uniberso, habang ang distansya sa pagitan ng mga rehiyon ay tumataas nang mas mabagal habang ang cosmic expansion ay pinabagal ng gravity. Ang mga lugar na hindi maaaring makipag-ugnayan ngayon ay makakaimpluwensya sa isa't isa sa hinaharap, kapag ang liwanag sa wakas ay natakpan ang distansya na naghihiwalay sa kanila. Ngunit sa nakaraan, ang distansya na nilakbay ng liwanag ay nagiging mas maikli kaysa sa nararapat, kaya kung ang mga rehiyon ay hindi maaaring makipag-ugnayan ngayon, tiyak na hindi nila ito magagawa noon. Ang ugat ng problema, samakatuwid, ay nauugnay sa kaakit-akit na kalikasan ng grabidad, dahil sa kung saan ang pagpapalawak ay unti-unting bumagal.

Gayunpaman, sa isang maling vacuum na uniberso, ang gravity ay kasuklam-suklam, at sa halip na pabagalin ang paglawak, pinapabilis nito ito. Sa kasong ito, ang sitwasyon ay nabaligtad: ang mga lugar na maaaring makipagpalitan ng mga light signal ay mawawala ang pagkakataong ito sa hinaharap. At, higit sa lahat, ang mga lugar na iyon na hindi naa-access sa isa't isa ngayon ay dapat na nakipag-ugnayan sa nakaraan. Ang problema sa abot-tanaw ay nawala!
Ang problema ng patag na espasyo ay nalutas nang madali. Lumalabas na ang Uniberso ay lumalayo sa kritikal na density lamang kung bumagal ang pagpapalawak nito. Sa kaso ng isang pinabilis na pagpapalawak ng inflationary, ang kabaligtaran ay totoo: ang Uniberso ay papalapit sa isang kritikal na density, na nangangahulugang ito ay nagiging mas patag. Dahil pinalaki ng inflation ang uniberso sa pamamagitan ng napakalaking salik, maliit na bahagi lamang nito ang nakikita natin. Ang nakikitang rehiyong ito ay lumilitaw na patag, katulad ng ating Earth, na lumilitaw din na patag kapag tiningnan nang malapit sa ibabaw.

Kaya, ang isang maikling panahon ng inflation ay ginagawang malaki, mainit, pare-pareho, at patag ang uniberso, na lumilikha lamang ng uri ng mga paunang kundisyon na kinakailangan para sa karaniwang kosmolohiya ng Big Bang.
Ang teorya ng inflation ay nagsimulang sakupin ang mundo. Si Gut naman, tapos na ang postdoc status niya. Tinanggap niya ang isang alok mula sa kanyang alma mater, ang Massachusetts Institute of Technology, kung saan siya ay patuloy na nagtatrabaho ngayon.

Sipi mula sa aklat ni A. Vilenkin na "Many Worlds in One: The Search for Other Universes"

Tila hindi malamang na ang isang echo ng mga kaganapan na naganap sa unang millisecond ng kapanganakan ng Uniberso ay makakarating sa atin. Gayunpaman, ito ay naging posible.

Kosmolohiya, ang istraktura ng Uniberso, ang nakaraan, kasalukuyan at hinaharap ng ating mundo - ang mga tanong na ito ay palaging sinasakop ang pinakamahusay na mga isip sangkatauhan. Para sa pag-unlad ng kosmolohiya, at agham sa pangkalahatan, napakahalagang maunawaan ang Uniberso sa kabuuan. Ang isang espesyal na papel ay ginagampanan ng eksperimentong pag-verify ng abstract constructions, ang kanilang kumpirmasyon sa pamamagitan ng obserbasyonal na data, ang pag-unawa at paghahambing ng mga resulta ng pananaliksik, at isang sapat na pagtatasa ng ilang mga teorya. Ngayon kami ay nasa gitna ng landas na humahantong mula sa solusyon ng mga equation ni Einstein hanggang sa kaalaman ng sikreto ng kapanganakan at buhay ng Uniberso.

Ang susunod na hakbang sa landas na ito ay ginawa ng lumikha ng teorya ng magulong inflation, isang nagtapos sa Moscow State University, ngayon ay isang propesor sa Stanford University, Andrey Dmitrievich Linde, na gumawa ng isang makabuluhang kontribusyon sa pag-unawa sa pinakamaagang yugto sa pagbuo ng ang kalawakan. Sa loob ng maraming taon ay nagtrabaho siya sa isa sa mga nangungunang akademiko Mga institusyong Ruso- Physical Institute. Ang Lebedev Academy of Sciences (FIAN), ay nakipagtulungan sa mga kahihinatnan ng mga modernong teorya ng elementarya, na nagtatrabaho kasama si Propesor David Abramovich Kirzhnits.

Noong 1972, sina Kirzhnits at Linde ay dumating sa konklusyon na sa maagang uniberso may mga kakaibang phase transition, kapag ang mga pagkakaiba sa pagitan iba't ibang uri biglang nawala ang mga pakikipag-ugnayan: ang malakas at mahinang pakikipag-ugnayan ay pinagsama sa isang puwersa. ( pinag-isang teorya mahina at electromagnetic na pakikipag-ugnayan na isinasagawa ng mga quark at lepton sa pamamagitan ng pagpapalitan ng massless photon (electromagnetic interaction) at heavy intermediate vector boson(mahinang pakikipag-ugnayan), na nilikha noong huling bahagi ng 1960s. Steven Weinberg, Sheldon Glashow at Abdus Salam.) Kasunod nito, nakatuon si Linde sa pag-aaral ng mga proseso sa mas maagang yugto ng pag-unlad ng Uniberso, sa unang 10–30 s pagkatapos ng kapanganakan nito. Noong nakaraan, tila hindi malamang na ang isang echo ng mga kaganapan na naganap sa unang millisecond ng kapanganakan ng Uniberso ay makakarating sa atin. Gayunpaman, sa mga nakaraang taon makabagong pamamaraan Ang mga obserbasyon sa astronomiya ay naging posible upang tingnan ang malayong nakaraan.

Mga problema sa kosmolohiya

Isinasaalang-alang ang teorya ng Big Bang, ang mga mananaliksik ay nahaharap sa mga problema na dati ay itinuturing na metapisiko. Gayunpaman, ang mga tanong ay palaging lumitaw at humihingi ng mga sagot.

Ano ang nangyari noong wala? Kung ang uniberso ay ipinanganak mula sa isang singularidad, kung gayon hindi ito umiiral sa isang pagkakataon. Sa Theoretical Physics nina Landau at Lifshitz sinasabi na ang solusyon ng mga equation ni Einstein ay hindi maaaring ipagpatuloy sa rehiyon ng negatibong oras, at samakatuwid, sa loob ng balangkas ng pangkalahatang teorya ng relativity, ang tanong na "Ano ang bago ang kapanganakan ng Uniberso ?" walang saysay. Gayunpaman, ang tanong na ito ay patuloy na nakakaganyak sa ating lahat.

Nag-intersect ba ang mga parallel lines? Sa paaralan ay sinabi nila sa amin na hindi. Gayunpaman, pagdating sa kosmolohiya, ang sagot ay hindi masyadong malinaw. Halimbawa, sa isang saradong uniberso na katulad ng ibabaw ng isang globo, ang mga linyang parallel sa ekwador ay nagsalubong sa hilaga at mga pole sa timog. So tama ba si Euclid? Bakit tila patag ang uniberso? Ganito ba siya sa simula? Upang masagot ang mga tanong na ito, kinakailangan upang maitatag kung ano ang Uniberso sa isang napakaagang yugto ng pag-unlad.

Bakit homogenous ang uniberso? Sa totoo lang hindi ito totoo. Mayroong mga kalawakan, bituin at iba pang mga inhomogeneities. Kung titingnan mo ang bahaging iyon ng uniberso na nasa saklaw ng view ng mga modernong teleskopyo, at pag-aralan average na density pamamahagi ng bagay sa isang cosmic scale, lumalabas na pareho ito sa lahat ng direksyon na may katumpakan na 10 -5 . Bakit homogenous ang uniberso? Bakit sa iba't ibang parte Ang parehong mga batas ng pisika ba ay nalalapat sa uniberso? Bakit napakalaki ng uniberso? Saan nanggaling ang enerhiyang kailangan para malikha ito?

Palaging umusbong ang mga pagdududa, at sa mas maraming natutunan ang mga siyentipiko tungkol sa istruktura at kasaysayan ng pagkakaroon ng ating mundo, ang marami pang tanong nanatiling walang sagot. Gayunpaman, sinubukan ng mga tao na huwag isipin ang tungkol sa kanila, na nakikita ang isang malaking homogenous na Uniberso at hindi nagsasalubong na mga parallel na linya bilang isang ibinigay, hindi napapailalim sa talakayan. Ang huling dayami na nagpilit sa mga pisiko na muling isaalang-alang ang kanilang saloobin sa teorya ng unang bahagi ng Uniberso ay ang problema ng mga relic monopole.

Ang pagkakaroon ng magnetic monopole ay iminungkahi noong 1931 ng English theoretical physicist na si Paul Dirac. Kung talagang umiiral ang gayong mga particle, kung gayon sila magnetic charge dapat ay isang maramihan ng ilan binigay na halaga, na, naman, ay tinutukoy ng pangunahing dami singil ng kuryente. Sa loob ng halos kalahating siglo, ang paksang ito ay halos nakalimutan, ngunit noong 1975 isang kahindik-hindik na pahayag ang ginawa na magnetic monopole natuklasan sa mga cosmic ray. Ang impormasyon ay hindi nakumpirma, ngunit ang mensahe ay muling napukaw ang interes sa problema at nag-ambag sa pagbuo ng isang bagong konsepto.

Ayon sa isang bagong klase ng elementarya na mga teorya ng particle na lumitaw noong 1970s, maaaring lumitaw ang mga monopol sa unang bahagi ng Uniberso bilang resulta ng mga phase transition na hinulaan nina Kirzhnits at Linde. Ang masa ng bawat monopole ay isang milyong bilyong beses mas masa proton. Noong 1978–1979 Nalaman nina Zel'dovich, Khlopov at Preskill na napakaraming tulad ng mga monopole ang ipinanganak, kaya ngayon ay magkakaroon ng monopole para sa bawat proton, na nangangahulugan na ang Uniberso ay magiging napakabigat at kailangang mabilis na bumagsak sa ilalim ng sarili nitong timbang. Ang katotohanang umiiral pa rin tayo ay nagpapatunay sa posibilidad na iyon.

Pagbabalik-tanaw sa teorya ng maagang uniberso

Ang sagot sa karamihan ng mga tanong na ito ay nakuha lamang pagkatapos ng paglitaw ng inflationary theory.

Ang inflation theory ay may mahabang kasaysayan. Ang unang teorya ng ganitong uri ay iminungkahi noong 1979 ni Aleksey Aleksandrovich Starobinsky, Kaukulang Miyembro ng Russian Academy of Sciences. Ang kanyang teorya ay medyo kumplikado. Hindi tulad ng kasunod na gawain, hindi niya sinubukang ipaliwanag kung bakit malaki, patag, homogenous, isotropic ang uniberso. Gayunpaman, marami siyang mahalagang katangian. inflationary cosmology.

Noong 1980, isang empleyado ng Massachusetts Institute of Technology na si Alan Goose ( Alan Guth) sa artikulong “The Inflating Universe: Posibleng solusyon mga problema ng abot-tanaw at patag" na nakabalangkas kawili-wiling senaryo lumalawak na uniberso. Ang pangunahing pagkakaiba nito sa tradisyonal na teorya ng Big Bang ay ang paglalarawan ng kapanganakan ng uniberso sa panahon mula 10–35 hanggang 10–32 s. Iminungkahi ni Gus na sa panahong ito ang uniberso ay nasa isang estado ng tinatawag na "false" vacuum, kung saan ang density ng enerhiya nito ay napakataas. Samakatuwid, ang pagpapalawak ay naganap nang mas mabilis kaysa ayon sa teorya ng Big Bang. Ang yugtong ito ng mabilis na paglawak ay tinatawag na inflation (inflation) ng Uniberso. Pagkatapos ang maling vacuum ay nawasak, at ang enerhiya nito ay pumasa sa enerhiya ng ordinaryong bagay.

Ang teorya ni Goose ay batay sa teorya ng mga phase transition sa unang bahagi ng uniberso na binuo nina Kirzhnits at Linde. Hindi tulad ng Starobinsky, nilalayon ni Gus na ipaliwanag, gamit ang isang simpleng prinsipyo, kung bakit ang uniberso ay malaki, patag, homogenous, isotropic, at kung bakit walang monopole. Maaaring malutas ng yugto ng inflation ang mga problemang ito.

Sa kasamaang palad, pagkatapos ng pagbagsak ng maling vacuum sa modelo ng Goos, ang Uniberso ay naging alinman sa napaka-inhomogeneous o walang laman. Ang katotohanan ay ang pagkabulok ng isang maling vacuum, tulad ng tubig na kumukulo sa isang takure, ay naganap dahil sa pagbuo ng mga bula ng isang bagong yugto. Upang ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay ma-convert sa thermal energy ng Uniberso, kinakailangan para sa mga pader ng malalaking bula na magbanggaan, at ito ay dapat na humantong sa isang paglabag sa pagkakapareho at isotropy ng Uniberso pagkatapos ng inflation. , na sumasalungat sa problemang iniharap.

Bagama't hindi gumana ang modelo ng Gus, pinasigla nito ang pagbuo ng mga bagong senaryo para sa isang lumalawak na uniberso.

Bagong inflationary theory

Noong kalagitnaan ng 1981, iminungkahi ni Linde ang unang bersyon ng isang bagong senaryo para sa isang lumalawak na uniberso, batay sa isang mas detalyadong pagsusuri ng mga phase transition sa modelo ng Grand Unification. Dumating siya sa konklusyon na sa ilang mga teorya, ang exponential expansion ay hindi nagtatapos kaagad pagkatapos ng pagbuo ng mga bula, upang ang inflation ay maaaring pumunta hindi lamang bago ang phase transition sa pagbuo ng mga bula, ngunit din pagkatapos, na nasa loob na ng mga ito. Sa sitwasyong ito, ang nakikitang bahagi ng Uniberso ay itinuturing na nakapaloob sa loob ng isang bula.

Sa bagong senaryo, ipinakita ni Linde na ang pag-init pagkatapos ng inflation ay nangyayari dahil sa paglikha ng mga particle sa panahon ng mga oscillations ng scalar field (tingnan sa ibaba). Kaya, ang mga banggaan ng mga dingding ng mga bula, na bumubuo ng mga inhomogeneities, ay naging hindi kailangan, at sa gayon ang problema ng malakihang homogeneity at isotropy ng Uniberso ay nalutas.

Ang bagong senaryo ay naglalaman ng dalawang pangunahing punto: una, ang mga katangian ng pisikal na estado sa loob ng mga bula ay dapat magbago nang dahan-dahan upang matiyak ang inflation sa loob ng bubble; pangalawa, para sa higit pa mga huling yugto dapat mayroong mga proseso na tinitiyak ang pag-init ng Uniberso pagkatapos ng paglipat ng bahagi. Pagkalipas ng isang taon, binago ng mananaliksik ang kanyang diskarte, iminungkahi sa bagong teorya ng inflationary, at dumating sa konklusyon na ang mga phase transition ay hindi kinakailangan, pati na rin ang supercooling at false vacuum, kung saan nagsimula si Alan Hus. Ito ay isang emosyonal na pagkabigla, dahil kinakailangan na iwanan ang mga ideya tungkol sa mainit na Uniberso na itinuturing na totoo, mga yugto ng paglipat at hypothermia. Ito ay kinakailangan upang mahanap bagong daan pagtugon sa suliranin. Pagkatapos ay iniharap ang teorya ng magulong inflation.

Magulong implasyon

Ang ideyang pinagbabatayan ng teorya ng magulong inflation ni Linde ay napakasimple, ngunit upang maipaliwanag ito, kailangan nating ipakilala ang konsepto ng isang scalar field. May mga direksyong patlang - electromagnetic, electric, magnetic, gravitational, ngunit maaaring mayroong hindi bababa sa isa pa - scalar, na hindi nakadirekta kahit saan, ngunit isang function lamang ng mga coordinate.

Ang pinakamalapit (bagaman hindi eksakto) na analog ng isang scalar field ay ang electrostatic potential. Ang boltahe sa mga de-koryenteng network ng Estados Unidos ay 110 V, at sa Russia ito ay 220 V. Kung ang isang tao ay humawak sa American wire gamit ang isang kamay at ang Russian sa isa pa, ang potensyal na pagkakaiba ay papatay sa kanya. Kung ang boltahe ay pareho sa lahat ng dako, walang potensyal na pagkakaiba at walang kasalukuyang daloy. Kaya sa isang pare-parehong scalar field ay walang potensyal na pagkakaiba. Samakatuwid, hindi namin makita ang isang pare-pareho ang scalar field: ito ay mukhang isang vacuum, na sa ilang mga kaso ay maaaring magkaroon mataas na density enerhiya.

Ito ay pinaniniwalaan na kung walang mga larangan ng ganitong uri ay napakahirap na lumikha ng isang makatotohanang teorya ng elementarya na mga particle. Sa mga nagdaang taon, halos lahat ng mga particle na hinulaan ng teorya ng electroweak na pakikipag-ugnayan, maliban sa scalar, ay natuklasan. Ang paghahanap para sa mga naturang particle ay isa sa mga pangunahing layunin ng malaking accelerator na kasalukuyang ginagawa sa CERN, Switzerland.

Ang scalar field ay naroroon sa halos lahat ng inflationary scenario. Iminungkahi ni Gus ang pagsasamantala sa potensyal na may ilang malalim na mababang. Ang bagong inflationary theory ni Linde ay nangangailangan ng potensyal na halos patag na tuktok, ngunit sa paglaon, sa senaryo ng magulong inflation, ito ay naging sapat na upang kunin ang karaniwang parabola, at lahat ay gumagana.

Isaalang-alang ang pinakasimpleng scalar field, ang density potensyal na enerhiya na proporsyonal sa parisukat ng magnitude nito, kung paanong ang enerhiya ng isang pendulum ay proporsyonal sa parisukat ng paglihis nito mula sa posisyon ng ekwilibriyo:

Ang isang maliit na larangan ay walang malalaman tungkol sa Uniberso at magsisimulang mag-iba-iba malapit sa pinakamababa nito. Gayunpaman, kung ang patlang ay sapat na malaki, pagkatapos ito ay gumulong nang napakabagal, na nagpapabilis sa Uniberso dahil sa enerhiya nito. Sa turn, ang bilis ng Uniberso (at hindi anumang mga particle) ay magpapabagal sa pagbagsak ng scalar field.

Kaya, ang isang malaking scalar field ay humahantong sa isang mataas na rate ng pagpapalawak ng Uniberso. Ang mataas na rate ng pagpapalawak ng Uniberso ay pumipigil sa field mula sa pagbagsak at sa gayon ay hindi pinapayagan ang potensyal na density ng enerhiya na bumaba. PERO mataas na density ang enerhiya ay patuloy na nagpapabilis sa uniberso sa patuloy na pagtaas ng bilis. Ang self-sustaining regime na ito ay humahantong sa inflation, ang napakabilis na paglawak ng uniberso.

Upang ipaliwanag ang kahanga-hangang epektong ito, kinakailangang magkasamang lutasin ang Einstein equation para sa scale factor ng Uniberso:

at ang equation ng paggalaw para sa scalar field:

Narito ang H ang tinatawag na Hubble constant, proporsyonal sa density ng enerhiya ng scalar field ng mass m (ang pare-parehong ito ay talagang nakasalalay sa oras); G - pare-pareho ang gravitational.

Napag-isipan na ng mga mananaliksik kung paano kikilos ang scalar field sa paligid ng isang black hole at sa panahon ng pagbagsak ng uniberso. Ngunit sa ilang kadahilanan ay hindi natagpuan ang exponential expansion mode. At dapat nagsulat na lang ako kumpletong equation para sa isang scalar field, na sa karaniwang bersyon (iyon ay, nang hindi isinasaalang-alang ang pagpapalawak ng Uniberso) ay mukhang isang equation para sa isang pendulum:

Ngunit ang ilang karagdagang termino ay namagitan - ang puwersa ng alitan, na nauugnay sa geometry; walang nag-take sa account nung una. Ito ang produkto ng Hubble constant at ang bilis ng field:

Kapag ang Hubble constant ay malaki, ang friction ay malaki din, at ang scalar field ay bumaba nang napakabagal. Samakatuwid, ang Hubble constant, na isang function ng scalar field, ay nanatiling halos hindi nagbabago sa loob ng mahabang panahon. Ang solusyon sa Einstein equation na may mabagal na pagkakaiba-iba ng Hubble constant ay naglalarawan ng isang napakabilis na lumalawak na uniberso.

Ang yugtong ito ng mabilis na paglawak ng Uniberso ay tinatawag na inflation.

Paano naiiba ang rehimeng ito sa karaniwang pagpapalawak ng Uniberso na puno ng ordinaryong bagay? Ipagpalagay natin na ang uniberso na puno ng alikabok ay lumawak ng 2 beses. Pagkatapos ang dami nito ay tumaas ng 8 beses. Nangangahulugan ito na sa 1 cm 3 mayroong 8 beses na mas kaunting alikabok. Kung malulutas natin ang equation ng Einstein para sa gayong uniberso, lumalabas na pagkatapos ng Big Bang ang density ng bagay ay mabilis na bumagsak, at ang bilis ng pagpapalawak ng uniberso ay mabilis na bumaba.

Ang parehong ay totoo para sa isang scalar field. Ngunit hangga't ang patlang ay nananatiling napakalaki, sinusuportahan nito ang sarili, tulad ni Baron Munchausen na hinihila ang sarili palabas ng latian sa pamamagitan ng kanyang pigtail. Posible ito dahil sa puwersa ng friction, na makabuluhan sa mataas na mga halaga ng field. Alinsunod sa mga teorya ng isang bagong uri, ang uniberso ay mabilis na lumawak, at ang larangan ay nanatiling halos hindi nagbabago; nang naaayon, hindi rin nagbago ang density ng enerhiya. Kaya ang pagpapalawak ay exponential.

Unti-unti, bumababa ang field, bumaba rin ang Hubble constant, naging maliit ang friction, at nagsimulang mag-oscillate ang field, na bumubuo ng mga elementary particle. Ang mga particle na ito ay nagbanggaan, nagpalitan ng enerhiya at unti-unting dumating sa isang estado ng thermodynamic equilibrium. Dahil dito, naging mainit ang uniberso.

Dati ay mainit ang uniberso sa simula. Ang konklusyon na ito ay naabot sa pamamagitan ng pag-aaral ng microwave radiation, na binigyang-kahulugan bilang resulta ng Big Bang at kasunod na paglamig. Pagkatapos ay nagsimula silang mag-isip na sa una ay mainit ang Uniberso, pagkatapos ay naganap ang inflation, at pagkatapos nito ay naging mainit muli ang Uniberso. Gayunpaman, sa teorya ng magulong inflation, ang unang mainit na yugto ay naging hindi kailangan. Ngunit bakit kailangan natin ng yugto ng inflation, kung sa dulo ng yugtong ito ay naging mainit pa rin ang Uniberso, tulad ng sa lumang teorya ng Big Bang?

Exponential expansion

May tatlong simpleng modelo ng Uniberso: flat, open at closed. Ang isang patag na uniberso ay parang ibabaw ng isang patag na mesa; Ang mga parallel na linya sa naturang uniberso ay laging nananatiling magkatulad. Ang bukas na uniberso ay katulad ng ibabaw ng isang hyperboloid, at ang saradong uniberso ay katulad ng ibabaw ng isang bola. Ang magkatulad na mga linya sa naturang uniberso ay nagsalubong sa hilaga at timog na mga pole nito.

Ipagpalagay natin na nakatira tayo sa isang saradong uniberso, na noong una ay maliit na parang bola. Ayon sa teorya ng Big Bang, lumaki ito sa isang disenteng sukat, ngunit nanatiling medyo maliit. At ayon sa inflationary theory, isang maliit na bola na nagreresulta mula sa isang exponential exponential sa isang napaka maikling panahon naging malaki. Dahil dito, makikita ng nagmamasid ang isang patag na ibabaw.

Isipin ang Himalayas, kung saan mayroong maraming iba't ibang mga ungos, mga siwang, mga kalaliman, mga guwang, mga malalaking bato, ibig sabihin, mga heterogeneity. Ngunit biglang, isang tao o isang bagay sa isang ganap na hindi kapani-paniwalang paraan ay nagpalaki ng mga bundok sa napakalaking sukat, o kami ay lumiit, tulad ng Alice in Wonderland. Pagkatapos, sa pagiging nasa tuktok ng Everest, makikita natin na ito ay ganap na patag - ito ay naunat, kumbaga, at ang mga inhomogeneities ay tumigil na magkaroon ng anumang kabuluhan. Ang mga bundok ay nananatili, ngunit upang umakyat ng hindi bababa sa isang metro, kailangan mong pumunta nang hindi kapani-paniwalang malayo. Kaya, ang problema ng homogeneity ay maaaring malutas. Ipinapaliwanag din nito kung bakit patag ang uniberso, kung bakit hindi nagsasalubong ang mga parallel na linya, at kung bakit walang mga monopole. Maaaring tumawid ang mga parallel na linya at maaaring umiral ang mga monopole, ngunit napakalayo lang kaya hindi natin ito nakikita.

Ang paglitaw ng mga kalawakan

Ang maliit na uniberso ay naging napakalaki, at ang lahat ay naging homogenous. Ngunit ano ang tungkol sa mga kalawakan? Lumalabas na sa panahon ng exponential expansion ng Universe, maliit na pagbabago-bago sa kabuuan na palaging umiiral, kahit na sa walang laman na espasyo, dahil sa prinsipyo ng quantum mechanical uncertainty, na umaabot sa malalaking sukat at naging mga galaxy. Ayon sa inflationary theory, ang mga galaxy ay resulta ng tumaas na pagbabago-bago ng quantum, ibig sabihin, pinahusay at nagyelo na ingay ng quantum.

Sa unang pagkakataon ang kamangha-manghang posibilidad na ito ay itinuro ng mga mananaliksik ng FIAN na sina Vyacheslav Fedorovich Mukhanov at Gennadiy Vasil'evich Chibisov sa isang papel batay sa modelong iminungkahi noong 1979 ni Starobinsky. Di-nagtagal pagkatapos noon, natuklasan ang isang katulad na mekanismo sa bagong senaryo ng inflationary at sa teorya ng magulong inflation.

May tuldok na langit

Ang mga pagbabago sa dami ay humantong hindi lamang sa pagsilang ng mga kalawakan, kundi pati na rin sa hitsura ng anisotropy ng cosmic microwave background radiation na may temperatura na humigit-kumulang 2.7 K, na dumarating sa amin mula sa malalayong rehiyon Sansinukob.

Ang mga makabagong teknolohiya ay tumutulong sa mga siyentipiko na pag-aralan ang relic radiation. mga artipisyal na satellite Lupa. Ang pinakamahalagang data ay nakuha gamit ang WMAP space probe ( Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), ipinangalan sa astrophysicist na si David Wilkinson ( David Wilkinson). Ang resolution ng kagamitan nito ay 30 beses na mas malaki kaysa sa hinalinhan nito - sasakyang pangkalawakan COBE.

Ang temperatura ng kalangitan ay dating naisip na 2.7 K sa lahat ng dako, ngunit nasusukat ito ng WMAP sa loob ng 10–5 K na may mataas na angular na resolution. Ayon sa data na nakuha para sa unang 3 taon ng mga obserbasyon, ang kalangitan ay naging inhomogeneous: sa isang lugar na mainit, at sa isang lugar na mas malamig. Ang pinakasimpleng mga modelo ng inflationary theory ay hinulaang mga ripples sa kalangitan. Ngunit hanggang sa naayos ng mga teleskopyo ang pagtutuklas nito, isang tatlong-degree na radiation lamang ang naobserbahan, na nagsilbing pinakamalakas na kumpirmasyon ng teorya ng isang mainit na Uniberso. Ngayon ay lumabas na ang teorya ng isang mainit na uniberso ay hindi sapat.

Posibleng makakuha ng mga larawan ng namamagang pagbabago-bago ng dami, na lumitaw 10-30 s pagkatapos ng kapanganakan ng uniberso at nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ang mga mananaliksik ay hindi lamang nakakita ng tagpi-tagpi ng kalangitan, ngunit pinag-aralan din ang spectrum ng mga spot, ibig sabihin, ang intensity ng signal sa iba't ibang mga angular na direksyon.

Ang mga resulta ng mataas na katumpakan na mga sukat ng polarization ng radiation na isinagawa gamit ang WMAP ay nakumpirma ang teorya ng pagpapalawak ng Uniberso at naging posible upang maitatag kung kailan naganap ang ionization ng intergalactic gas, na sanhi ng pinakaunang mga bituin. Kinumpirma ng impormasyong natanggap mula sa satellite ang posisyon ng inflationary theory na nakatira tayo sa isang malaking patag na uniberso.

Sa figure, ipinapakita ng pulang linya ang hula ng inflation theory, at ang mga itim na tuldok ay tumutugma sa data ng eksperimentong WMAP. Kung ang Uniberso ay hindi patag, kung gayon ang tuktok ng graph ay nasa kanan o kaliwa.

Walang hanggan at walang katapusan

Tingnan natin muli ang figure na nagpapakita ng pinakasimpleng potensyal ng isang scalar field (tingnan sa itaas). Sa isang rehiyon kung saan maliit ang scalar field, ito ay umuusad at ang uniberso ay hindi lumalawak nang malaki. Sa isang rehiyon kung saan ang patlang ay sapat na malakas, ito ay dahan-dahang bumagsak, at lumilitaw ang mga maliliit na pagbabagu-bago dito. Sa panahong ito, mayroong exponential expansion at may proseso ng inflation. Kung mas malaki pa ang scalar field (minarkahan ng asul sa graph), halos hindi ito bababa dahil sa malaking friction, malaki ang pagbabago sa quantum, at maaaring maging fractal ang Uniberso.

Isipin na ang Uniberso ay mabilis na lumalawak, at sa ilang mga punto ang scalar field, sa halip na gumulong sa pinakamababang enerhiya, ay tumalon pataas dahil sa mga pagbabago sa dami (tingnan sa itaas). Kung saan tumalon ang field, ang uniberso ay lumalawak nang mas mabilis. Ang isang mababang lugar ay malamang na hindi tumalon, ngunit kung mas mataas ito, mas malaki ang posibilidad ng naturang pag-unlad ng mga kaganapan, at samakatuwid ay isang exponentially mas malaking volume. bagong lugar. Sa bawat isa sa mga patag na lugar na ito, maaari ding tumalon ang field, na humahantong sa paglikha ng mga bagong exponentially lumalagong bahagi ng uniberso. Bilang resulta nito, sa halip na magmukhang isang malaking lumalagong bola, ang ating mundo ay nagiging tulad ng isang patuloy na lumalagong puno, na binubuo ng maraming ganoong mga bola.

Ang teorya ng inflationary ay nagbibigay sa atin ng tanging paliwanag na kasalukuyang kilala para sa homogeneity ng nakikitang bahagi ng uniberso. Paradoxically, ang parehong teorya ay hinuhulaan na, sa isang napakalaking sukat, ang ating Uniberso ay ganap na hindi magkakatulad at mukhang isang malaking fractal.

Ang figure ay eskematiko na nagpapakita kung paano ang isang nagpapalaki na rehiyon ng Uniberso ay bumubuo ng higit pa at higit pa sa mga bahagi nito. Sa ganitong diwa, ito ay nagiging walang hanggan at nagpapabagong-buhay.

Mga katangian ng espasyo-oras at mga batas ng pakikipag-ugnayan ng mga elementarya na particle sa bawat isa sa iba't ibang lugar Maaaring iba ang uniberso, gayundin ang mga sukat ng espasyo, at ang mga uri ng vacuum.

Ang katotohanang ito ay nararapat sa isang mas detalyadong paliwanag. Ayon sa pinakasimpleng teorya na may isang potensyal na minimum na enerhiya, ang scalar field ay bumababa sa pinakamababang ito. Gayunpaman, ang mas makatotohanang mga bersyon ay nagbibigay-daan para sa maraming lows na may iba't ibang physics, na katulad ng tubig na makikita sa iba't ibang estado: likido, puno ng gas at solid. Ang iba't ibang bahagi ng uniberso ay maaari ding magkaiba phase states; ito ay posible sa inflationary theory kahit walang quantum fluctuations.

Ang susunod na hakbang, batay sa pag-aaral ng quantum fluctuations, ay ang teorya ng isang self-healing universe. Isinasaalang-alang ng teoryang ito ang proseso ng patuloy na muling paglikha ng mga lugar ng pamamaga at quantum leaps mula sa isang estado ng vacuum patungo sa isa pa, pag-uuri sa iba't ibang mga posibilidad at sukat.

Kaya ang Uniberso ay nagiging walang hanggan, walang katapusan at magkakaibang. Ang buong sansinukob ay hindi kailanman babagsak. Gayunpaman, hindi ito nangangahulugan na walang mga singularidad. Sa kabaligtaran, ang isang makabuluhang bahagi ng pisikal na dami ng Uniberso ay palaging nasa isang estado na malapit sa isahan. Ngunit dahil ang iba't ibang mga volume ay nagpapasa nito sa iba't ibang oras, walang iisang dulo ng space-time, pagkatapos nito ang lahat ng mga rehiyon ay mawawala. At pagkatapos ang tanong ng mayorya ng mga mundo sa oras at espasyo ay may ganap na naiibang kahulugan: ang Uniberso ay maaaring magparami ng sarili nito nang walang hanggan sa lahat ng posibleng estado nito.

Ang pag-aangkin na ito, na batay sa gawain ni Linde noong 1986, ay nagkaroon ng bagong kahulugan ilang taon na ang nakalilipas nang ang mga string theorists (ang nangungunang kandidato para sa teorya ng lahat ng pangunahing pwersa) ay naghinuha na 10 100 -10 1000 ang posible sa teoryang ito. iba't ibang vacuum estado. Naiiba ang mga estadong ito dahil sa pambihirang pagkakaiba-iba ng posibleng istruktura ng mundo sa napakaliit na distansya.

Kasama ang teorya ng isang self-healing inflationary Universe, nangangahulugan ito na ang Uniberso sa panahon ng inflation ay nahahati sa walang katapusang maraming bahagi na may hindi kapani-paniwalang malaking bilang ng iba't ibang katangian. Tinatawag ng mga cosmologist ang sitwasyong ito na walang hanggang inflationary multiverse theory ( multiverse), at tinawag ito ng mga string theorists na isang string landscape.

25 taon na ang nakalilipas, ang inflationary cosmology ay mukhang isang bagay sa pagitan teoryang pisikal at science fiction. Sa nakalipas na panahon, marami sa mga hula ng teoryang ito ang nasubok, at unti-unti nitong nakuha ang mga katangian ng karaniwang paradigma ng kosmolohiya. Pero masyado pang maaga para kumalma. Ang teoryang ito ay patuloy na umuunlad at mabilis na nagbabago. Ang pangunahing problema ay ang pagbuo ng mga modelo ng inflationary cosmology batay sa makatotohanang mga bersyon ng elementary particle theory at string theory. Ang isyung ito ay maaaring paksa ng isang hiwalay na ulat.

Matapos malaman ang tungkol sa teorya ng Big Bang, tinanong ko ang aking sarili, saan ito nanggaling na sumabog?
Ang tanong tungkol sa pinagmulan ng Uniberso kasama ang lahat ng alam at hindi kilalang mga pag-aari nito ay nababahala sa tao mula pa noong una. Ngunit noong ikadalawampu siglo lamang, pagkatapos ng pagtuklas ng kosmological expansion, ang tanong ng ebolusyon ng uniberso ay nagsimulang unti-unting naging mas malinaw. Ang kamakailang siyentipikong data ay humantong sa konklusyon na ang ating uniberso ay ipinanganak 15 milyong taon na ang nakalilipas bilang resulta ng Big Bang. Ngunit kung ano ang eksaktong sumabog sa sandaling iyon at kung ano, sa katunayan, ang umiral bago ang Big Bang, ay nananatiling isang misteryo. Ang teorya ng inflationary ng paglitaw ng ating mundo, na nilikha noong ika-20 siglo, ay naging posible upang makagawa ng makabuluhang pag-unlad sa paglutas ng mga isyung ito, ang pangkalahatang larawan ng mga unang sandali ng Uniberso ay mahusay na iginuhit ngayon, kahit na maraming mga problema ang naghihintay pa rin. sa mga pakpak.
Hanggang sa simula ng huling siglo, mayroon lamang dalawang pananaw sa pinagmulan ng ating Uniberso. Naniniwala ang mga siyentipiko na ito ay walang hanggan at hindi nagbabago, at sinabi ng mga teologo na ang mundo ay nilikha at ito ay magkakaroon ng wakas. Ang ikadalawampu siglo, na nawasak ang maraming nilikha sa nakaraang millennia, ay nagawang magbigay ng sarili nitong mga sagot sa karamihan ng mga tanong na sumasakop sa isipan ng mga siyentipiko noong nakaraan. At marahil isa sa pinakamalaking tagumpay ng nakaraang siglo ay ang paglilinaw ng tanong kung paano lumitaw ang Uniberso kung saan tayo nakatira, at kung anong mga hypotheses ang umiiral tungkol sa hinaharap nito. Ang isang simpleng astronomical na katotohanan - ang pagpapalawak ng ating Uniberso - ay humantong sa isang kumpletong rebisyon ng lahat ng mga cosmogonic na konsepto at ang pag-unlad bagong physics- physics ng umuusbong at nawawalang mundo. 70 taon lamang ang nakalipas, natuklasan ni Edwin Hubble na ang liwanag mula sa mas malalayong mga kalawakan ay "mas mapula" kaysa sa liwanag mula sa mas malapit. Bukod dito, ang bilis ng pag-urong ay naging proporsyonal sa distansya mula sa Earth (batas ng pagpapalawak ng Hubble). Natuklasan ito salamat sa epekto ng Doppler (ang pag-asa ng wavelength ng liwanag sa bilis ng pinagmumulan ng liwanag). Dahil ang mas malalayong galaxy ay lumilitaw na mas "pula", ipinapalagay na ang mga ito ay lumalayo sa mas mabilis na bilis. Siyanga pala, hindi mga bituin at maging ang mga indibidwal na kalawakan ang nagkakalat, kundi mga kumpol ng mga kalawakan. Ang pinakamalapit na mga bituin at mga kalawakan ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng mga puwersa ng gravitational at bumubuo ng mga matatag na istruktura. Bukod dito, sa anumang direksyon ang iyong tingnan, ang mga kumpol ng mga kalawakan ay nagkakalat mula sa Earth sa parehong bilis, at maaaring mukhang ang ating Galaxy ang sentro ng Uniberso, ngunit hindi ito ganoon. Nasaan man ang nagmamasid, makikita niya sa lahat ng dako ang parehong larawan - lahat ng mga kalawakan ay tumatakbo palayo sa kanya. Ngunit ang gayong pagpapalawak ng bagay ay dapat na may simula. Nangangahulugan ito na ang lahat ng mga kalawakan ay dapat na ipinanganak sa parehong punto. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na nangyari ito mga 15 bilyong taon na ang nakalilipas. Sa sandali ng naturang pagsabog, ang temperatura ay napakataas, at maraming light quanta ang dapat na lumitaw. Siyempre, sa paglipas ng panahon, ang lahat ay lumalamig, at ang quanta ay nakakalat sa nagresultang espasyo, ngunit ang mga dayandang ng Big Bang ay dapat na nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ang unang kumpirmasyon ng katotohanan ng pagsabog ay dumating noong 1964, nang natuklasan ng mga Amerikanong astronomo sa radyo na sina R. Wilson at A. Penzias ang relic electromagnetic radiation na may temperatura na humigit-kumulang 3° Kelvin (–270°C). Ang pagtuklas na ito, na hindi inaasahan para sa mga siyentipiko, ang nagkumbinsi sa kanila na talagang naganap ang Big Bang at ang Uniberso ay napakainit noong una. Nakatulong ang teorya ng Big Bang na ipaliwanag ang marami sa mga problemang kinakaharap ng kosmolohiya. Ngunit, sa kasamaang-palad, o marahil sa kabutihang-palad, nagtaas din ito ng ilang mga bagong katanungan. Sa partikular: Ano ang nangyari bago ang Big Bang? Bakit zero curvature ang ating espasyo at bakit tama ang geometry ni Euclid, na pinag-aaralan sa paaralan? Kung tama ang teorya ng Big Bang, bakit ang kasalukuyang sukat ng ating uniberso ay mas malaki kaysa sa 1 sentimetro na hinulaan ng teorya? Bakit nakakagulat na homogenous ang Uniberso, habang sa anumang pagsabog ang bagay ay nakakalat sa iba't ibang direksyon nang lubhang hindi pantay? Ano ang humantong sa paunang pag-init ng Uniberso sa isang hindi maisip na temperatura na higit sa 10 13 K?
Ang lahat ng ito ay nagpapahiwatig na ang teorya ng Big Bang ay hindi kumpleto. Matagal na panahon tila imposibleng lumayo pa. Lamang ng isang-kapat ng isang siglo na ang nakalipas, salamat sa gawain ng mga Russian physicist E. Gliner at A. Starobinsky, pati na rin ang American A. Gus, isang bagong phenomenon ang inilarawan - ang napakabilis na inflationary expansion ng Universe. Ang paglalarawan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay batay sa mahusay na pinag-aralan na mga seksyon teoretikal na pisika- Pangkalahatang teorya ng relativity at quantum field theory ni Einstein. Ngayon ay karaniwang tinatanggap na ang panahong ito, na tinatawag na "inflation", ay nauna sa Big Bang.
Kapag sinusubukang magbigay ng ideya ng kakanyahan paunang panahon Ang buhay ng Uniberso ay kailangang gumana sa napakaliit at napakalaking bilang na halos hindi napapansin ng ating imahinasyon. Subukan nating gumamit ng ilang pagkakatulad upang maunawaan ang kakanyahan ng proseso ng inflation.
Isipin ang isang dalisdis ng bundok na natatakpan ng niyebe na may mga magkakaibang maliliit na bagay - mga pebbles, sanga at piraso ng yelo. Isang taong nasa ibabaw ng dalisdis na ito ang gumawa ng maliit na snowball at hinayaan itong gumulong pababa ng bundok. Ang paglipat pababa, ang snowball ay tumataas sa laki, habang ang mga bagong layer ng snow kasama ang lahat ng mga inklusyon ay dumikit dito. At kaysa sa mas malaking sukat snowball, mas mabilis itong tataas. Sa lalong madaling panahon, mula sa isang maliit na snowball, ito ay magiging isang malaking bukol. Kung ang slope ay nagtatapos sa isang kalaliman, pagkatapos ay lilipad siya papunta dito na may patuloy na pagtaas ng bilis. Pagdating sa ilalim, ang bukol ay tatama sa ilalim ng kalaliman at ang mga bahagi nito ay magkakalat sa lahat ng direksyon (nga pala, bahagi ng kinetic energy ng bukol ay mapupunta sa init ng kapaligiran at lumilipad na niyebe).
Ilarawan natin ngayon ang mga pangunahing probisyon ng teorya gamit ang pagkakatulad sa itaas. Una sa lahat, kinailangang ipakilala ng mga physicist ang isang hypothetical field, na tinatawag na "inflaton" (mula sa salitang "inflation"). Pinuno ng field na ito ang buong espasyo (sa aming kaso, snow sa slope). Dahil sa mga random na pagbabagu-bago, tumagal ito iba't ibang kahulugan sa mga di-makatwirang spatial na rehiyon at sa iba't ibang mga punto ng oras. Walang makabuluhang nangyari hanggang sa hindi sinasadyang nabuo ang isang homogenous na pagsasaayos ng field na ito na may sukat na higit sa 10 -33 cm. Kung tungkol sa Uniberso na ating namamasid, sa mga unang sandali ng buhay nito, tila, ito ay may sukat na 10 -27 cm. Ipinapalagay na sa gayong mga sukat ang mga pangunahing batas ng pisika na kilala natin ngayon ay wasto na, kaya ito ay posibleng hulaan ang karagdagang pag-uugali ng system. Lumalabas na kaagad pagkatapos nito, ang spatial na rehiyon na inookupahan ng pagbabagu-bago (mula sa Latin na fluctuatio - "pagbabago", random deviations naobserbahan ang mga pisikal na dami mula sa kanilang mga average na halaga), nagsisimulang tumaas nang napakabilis sa laki, at ang inflaton field ay may posibilidad na kumuha ng posisyon kung saan ang enerhiya nito ay minimal (ang snowball na pinagsama). Ang ganitong pagpapalawak ay tumatagal lamang ng 10 -35 segundo, ngunit ang oras na ito ay sapat na para sa diameter ng Uniberso na tumaas ng hindi bababa sa 1027 beses at sa pagtatapos ng panahon ng inflationary ang ating Uniberso ay nakakuha ng sukat na humigit-kumulang 1 cm. Ang inflation ay nagtatapos kapag ang ang inflaton field ay umabot sa pinakamababang enerhiya - wala nang iba pang mahuhulog. Sa kasong ito, ang naipon na kinetic energy ay na-convert sa enerhiya ng mga particle na ipinanganak at lumalawak, sa madaling salita, ang pag-init ng Uniberso ay nangyayari. Ito ang sandaling ito na tinatawag ngayon na Big Bang.
Ang bundok na binanggit sa itaas ay maaaring magkaroon ng isang napakakomplikadong kaluwagan - maraming iba't ibang kababaan, mga lambak sa ibaba at lahat ng uri ng mga burol at bukol. Ang mga snowball (mga hinaharap na uniberso) ay patuloy na isinilang sa tuktok ng bundok dahil sa mga pagbabago sa field. Ang bawat bukol ay maaaring dumudulas sa alinman sa minima, kaya nagdudulot ng sarili nitong uniberso na may mga tiyak na parameter. Bukod dito, ang mga uniberso ay maaaring magkaiba nang malaki sa isa't isa. mga katangian ng ating uniberso kamangha-mangha inangkop upang magbunga ng matalinong buhay. Ang ibang mga uniberso ay maaaring hindi naging masuwerte.
Muli, nais kong bigyang-diin na ang inilarawan na proseso ng kapanganakan ng Uniberso "praktikal mula sa wala" ay batay sa mahigpit na mga kalkulasyon ng siyensya. Gayunpaman, ang sinumang tao na unang nakilala ang mekanismo ng inflationary na inilarawan sa itaas ay may maraming mga katanungan.
Sa ngayon, ang ating uniberso ay binubuo ng malaking bilang ng mga bituin, bukod pa sa nakatagong masa. At maaaring mukhang ang kabuuang enerhiya at masa ng uniberso ay napakalaki. At ito ay ganap na hindi maintindihan kung paano magkasya ang lahat ng ito sa paunang dami ng 10-99 cm3. Gayunpaman, sa Uniberso mayroong hindi lamang bagay, kundi pati na rin isang gravitational field. Alam na ang enerhiya ng huli ay negatibo at, tulad ng nangyari, sa ating Uniberso, ang enerhiya ng gravity ay eksaktong nagbabayad para sa enerhiya na nilalaman ng mga particle, planeta, bituin at iba pang napakalaking bagay. Kaya, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay ganap na natutupad, at ang kabuuang enerhiya at masa ng ating Uniberso ay halos katumbas ng zero. Ang pangyayaring ito ang bahagyang nagpapaliwanag kung bakit ang nascent Universe ay hindi naging malaking black hole kaagad pagkatapos nitong lumitaw. Ang kabuuang masa nito ay ganap na mikroskopiko, at sa una ay wala nang gumuho. At sa mga huling yugto lamang ng pag-unlad ay lumitaw ang mga lokal na kumpol ng bagay, na may kakayahang lumikha ng gayong mga patlang ng gravitational malapit sa kanilang sarili, kung saan kahit na ang liwanag ay hindi makatakas. Alinsunod dito, ang mga particle kung saan "ginawa" ang mga bituin paunang yugto ang pag-unlad ay hindi umiral. Ang mga elemento ng elementarya ay nagsimulang ipanganak sa panahong iyon ng pag-unlad ng Uniberso, nang ang inflaton field ay umabot sa pinakamababang potensyal na enerhiya at nagsimula ang Big Bang.
Ang lugar na inookupahan ng inflaton field ay lumaki sa bilis na mas malaki kaysa sa bilis ng liwanag, ngunit hindi ito sumasalungat sa teorya ng relativity ni Einstein. mas mabilis kaysa sa liwanag ang mga materyal na katawan lamang ang hindi makagalaw, at papasok kasong ito gumagalaw ang haka-haka, di-materyal na hangganan ng rehiyon kung saan isinilang ang Uniberso (isang halimbawa superluminal na paggalaw ay ang paggalaw ng isang liwanag na lugar sa ibabaw ng Buwan sa panahon ng mabilis na pag-ikot ng laser na nag-iilaw dito).
Higit pa rito, ang kapaligiran ay hindi man lang nalabanan ang pagpapalawak ng rehiyon ng kalawakan, na sakop ng isang mas mabilis na lumalagong larangan ng inflaton, dahil tila wala ito para sa umuusbong na Mundo. Pangkalahatang teorya Ang relativity ay nagsasaad na ang pisikal na larawan na nakikita ng isang tagamasid ay nakasalalay sa kung nasaan siya at kung paano siya gumagalaw. Kaya, ang larawang inilarawan sa itaas ay wasto para sa "tagamasid" na matatagpuan sa loob ng lugar na ito. Bukod dito, hindi malalaman ng tagamasid na ito kung ano ang nangyayari sa labas ng rehiyon ng kalawakan kung saan siya naroroon. Ang isa pang "tagamasid", na tumitingin sa lugar na ito mula sa labas, ay hindi makakahanap ng anumang pagpapalawak. AT pinakamagandang kaso makikita lamang niya ang isang maliit na kislap, na, ayon sa kanyang relo, ay mawawala halos kaagad. Kahit na ang pinaka sopistikadong imahinasyon ay tumangging makita ang gayong larawan. At gayon pa man ito ay tila totoo. Hindi bababa sa, ito ang iniisip ng mga modernong siyentipiko, na kumukuha ng kumpiyansa sa mga natuklasan nang batas ng Kalikasan, na ang kawastuhan nito ay paulit-ulit na napatunayan.
Dapat sabihin na ang inflaton field na ito ay patuloy pa rin sa pag-iral at pabagu-bago. Ngunit kami lamang, mga panloob na tagamasid, ang hindi nakakakita nito - pagkatapos ng lahat, para sa amin, ang isang maliit na lugar ay naging isang napakalaking Uniberso, ang mga hangganan kung saan kahit na ang liwanag ay hindi maabot.
Kaya, kaagad pagkatapos ng pagtatapos ng inflation, makikita ng hypothetical internal observer ang Uniberso na puno ng enerhiya sa anyo ng mga materyal na particle at photon. Kung ang lahat ng enerhiya na maaaring masukat ng isang panloob na tagamasid ay na-convert sa isang masa ng mga particle, pagkatapos ay makakakuha tayo ng humigit-kumulang 10 80 kg. Ang mga distansya sa pagitan ng mga particle ay mabilis na tumataas dahil sa pangkalahatang pagpapalawak. Ang mga puwersa ng gravitational na atraksyon sa pagitan ng mga particle ay nagpapababa ng kanilang bilis, kaya ang pagpapalawak ng uniberso pagkatapos ng pagtatapos ng panahon ng inflationary ay unti-unting bumabagal.
Kaagad pagkatapos ng kapanganakan, ang uniberso ay patuloy na lumago at lumamig. Kasabay nito, naganap ang paglamig, bukod sa iba pang mga bagay, dahil sa banal na pagpapalawak ng espasyo. Electromagnetic radiation nailalarawan sa pamamagitan ng isang wavelength na maaaring maiugnay sa temperatura - higit pa Katamtamang haba radiation waves, ang mas mababang temperatura. Ngunit kung lumawak ang espasyo, ang distansya sa pagitan ng dalawang "umbok" ng alon ay tataas, at, dahil dito, ang haba nito. Nangangahulugan ito na sa pagpapalawak ng espasyo, ang temperatura ng radiation ay dapat ding bumaba. Na mariing kinukumpirma mababang temperatura modernong relic radiation.
Habang lumalawak ito, nagbabago rin ang komposisyon ng bagay na pumupuno sa ating mundo. Ang mga quark ay nagkakaisa sa mga proton at neutron, at ang Uniberso ay puno ng pamilyar na sa atin elementarya na mga particle- mga proton, neutron, electron, neutrino at photon. Mayroon ding mga antiparticle. Ang mga katangian ng mga particle at antiparticle ay halos magkapareho. Tila ang kanilang bilang ay dapat na pareho kaagad pagkatapos ng inflation. Ngunit pagkatapos ay ang lahat ng mga particle at antiparticle ay magkakasamang magwawasak at walang magiging materyal na gusali para sa mga kalawakan at sa ating sarili. At eto na naman tayo maswerte. Tiniyak ng kalikasan na mayroong mas kaunting mga particle kaysa sa mga antiparticle. Ito ay salamat dito maliit na pagkakaiba at umiiral ang ating mundo. At ang relic radiation ay bunga lamang ng paglipol (iyon ay, mutual annihilation) ng mga particle at antiparticle. Siyempre, sa paunang yugto, ang enerhiya ng radiation ay napakataas, ngunit dahil sa pagpapalawak ng espasyo at, bilang isang resulta, ang paglamig ng radiation, ang enerhiya na ito ay mabilis na nabawasan. Ngayon ang enerhiya ng relic radiation ay humigit-kumulang sampung libong beses (104 beses) na mas mababa kaysa sa enerhiya na nilalaman sa napakalaking elementarya na mga particle.
Unti-unti, bumaba ang temperatura ng uniberso sa 1010 K. Sa oras na ito, ang edad ng uniberso ay humigit-kumulang 1 minuto. Ngayon lamang nagkaroon ng mga proton at neutron na pagsamahin sa nuclei ng deuterium, tritium at helium. Ito ay dahil sa mga reaksyong nuklear, na pinag-aralan nang mabuti ng mga tao, sumasabog na mga thermonuclear bomb at nagpapatakbo ng mga atomic reactor sa Earth. Samakatuwid, ang isang tao ay may kumpiyansa na mahulaan kung gaano karami at kung anong mga elemento ang maaaring lumitaw sa naturang nuclear pile. Ito ay lumabas na ang kasalukuyang sinusunod na kasaganaan ng mga elemento ng liwanag ay mahusay na kasunduan sa mga kalkulasyon. Ibig sabihin alam natin pisikal na batas ay pareho sa buong nakikitang bahagi ng Uniberso at ganoon na rin sa mga unang segundo pagkatapos ng paglitaw ng ating mundo. Bukod dito, humigit-kumulang 98% ng helium na umiiral sa kalikasan ay nabuo nang eksakto sa mga unang segundo pagkatapos ng Big Bang.
Kaagad pagkatapos ng kapanganakan, ang Uniberso ay dumaan sa isang inflationary na panahon ng pag-unlad - lahat ng mga distansya ay mabilis na tumaas (mula sa punto ng view ng panloob na tagamasid). Gayunpaman, ang density ng enerhiya sa iba't ibang mga punto sa kalawakan ay hindi maaaring eksaktong pareho - ang ilang mga inhomogeneities ay palaging naroroon. Ipagpalagay na sa ilang lugar ang enerhiya ay bahagyang mas malaki kaysa sa mga kalapit. Ngunit dahil ang lahat ng mga sukat ay mabilis na lumalaki, kung gayon ang laki ng lugar na ito ay dapat ding lumaki. Matapos ang katapusan ng panahon ng inflationary, ang pinalawak na lugar na ito ay magkakaroon ng bahagyang mas maraming particle kaysa sa espasyo sa paligid nito, at ang temperatura nito ay bahagyang mas mataas.
Napagtatanto ang hindi maiiwasang paglitaw ng mga naturang lugar, ang mga tagasuporta ng teorya ng inflationary ay bumaling sa mga eksperimento: "kinakailangang makita ang mga pagbabago sa temperatura ..." - sinabi nila. At noong 1992 natupad ang hiling na ito. Halos sabay-sabay, nakita ng satellite ng Russia na "Relikt-1" at ng American "COBE" ang kinakailangang pagbabagu-bago sa temperatura ng radiation ng background ng cosmic microwave. Gaya ng nabanggit na, modernong uniberso ay may temperaturang 2.7 K, at ang mga paglihis ng temperatura na natagpuan ng mga siyentipiko mula sa average ay humigit-kumulang 0.00003 K. Hindi nakakagulat na ang mga naturang paglihis ay mahirap matukoy noon. Kaya ang teorya ng inflationary ay nakatanggap ng isa pang kumpirmasyon.
Sa pagtuklas ng mga pagbabago sa temperatura, isa pang kapana-panabik na pagkakataon ang lumitaw - upang ipaliwanag ang prinsipyo ng pagbuo ng kalawakan. Pagkatapos ng lahat, upang mga puwersa ng gravitational compressed matter, kailangan ang paunang embryo - isang lugar na may tumaas na density. Kung ang bagay ay pantay na ipinamamahagi sa kalawakan, kung gayon ang gravity, tulad ng asno ni Buridan, ay hindi alam kung saang direksyon kikilos. Ngunit tiyak na ang mga lugar na may labis na enerhiya ang bumubuo ng inflation. Ngayon ang mga puwersa ng gravitational ay alam kung ano ang dapat kumilos, lalo na ang mga mas siksik na lugar na nilikha sa panahon ng inflationary. Sa ilalim ng impluwensya ng gravity, ang mga rehiyong ito sa una ay bahagyang mas siksik at mula sa kanila na mabubuo ang mga bituin at kalawakan sa hinaharap.
Ang kasalukuyang sandali ng ebolusyon ng Uniberso ay napakahusay na inangkop para sa buhay, at ito ay tatagal ng marami pang bilyun-bilyong taon. Ang mga bituin ay isisilang at mamamatay, ang mga kalawakan ay iikot at magbabangga, at ang mga kumpol ng mga kalawakan ay lilipad nang palayo nang palayo. Samakatuwid, ang sangkatauhan ay may maraming oras para sa pagpapabuti ng sarili. Totoo, ang mismong konsepto ng "ngayon" para sa ganoon malawak na uniberso, tulad ng sa amin, ay hindi maganda ang pagkakatukoy. Kaya, halimbawa, ang buhay ng mga quasar na naobserbahan ng mga astronomo, malayo sa Earth sa pamamagitan ng 10-14 bilyong light years, ay nahiwalay sa ating "ngayon" sa parehong 10-14 bilyong taon. At habang papalapit tayo sa kailaliman ng Uniberso sa tulong ng iba't ibang teleskopyo, mas marami maagang panahon Binabantayan namin ang pag-unlad nito.
Ngayon, naipaliwanag ng mga siyentipiko ang karamihan sa mga katangian ng ating uniberso, mula 10 -42 segundo hanggang sa kasalukuyan at higit pa. Maaari din nilang masubaybayan ang pagbuo ng mga kalawakan at mahulaan ang hinaharap ng uniberso nang may kaunting kumpiyansa. Gayunpaman, nananatili pa rin ang isang bilang ng "maliit" na hindi maintindihan. Una sa lahat, ito ang kakanyahan ng nakatagong masa (dark matter) at dark energy. Bilang karagdagan, mayroong maraming mga modelo na nagpapaliwanag kung bakit ang ating Uniberso ay naglalaman ng mas maraming mga particle kaysa sa mga antiparticle, at gusto naming magpasya sa huli sa pagpili ng isang tamang modelo.
Gaya ng itinuturo sa atin ng kasaysayan ng agham, kadalasan ay "minor imperfections" ang nagbubukas karagdagang paraan pag-unlad, upang ang mga susunod na henerasyon ng mga siyentipiko ay tiyak na may gagawin. Bilang karagdagan, ang mga mas malalim na katanungan ay nasa agenda na rin ng mga physicist at mathematician. Bakit three-dimensional ang ating espasyo? Bakit ang lahat ng mga pare-pareho sa kalikasan ay parang "nakakabit" upang lumitaw ang matalinong buhay? At ano ang gravity? Sinusubukan na ng mga siyentipiko na sagutin ang mga tanong na ito.
At siyempre, mag-iwan ng silid para sa mga sorpresa. Hindi dapat kalimutan na ang mga pangunahing pagtuklas tulad ng pagpapalawak ng Uniberso, ang pagkakaroon ng mga relic photon at vacuum energy ay ginawa, maaaring sabihin ng isang tao, sa pamamagitan ng pagkakataon at hindi inaasahan ng komunidad ng siyensya.