Инфлация на Вселената ІІ

В предишния пост за инфлацията споменах, че има още два неразрешими проблема, с които тя се справя успешно. Всеки един такъв проблем я прави все по-необходима и обоснована.

Според стандартния модел на елементарните частици (който е една от най-добре тестваните теории въобще), във Вселената трябва да съществува частица, наречена монопол. Такава обаче все още не е засечена в нито един ускорител и учените дълго време се питат защо. Едно от възможните обяснения е следното: след Големия взрив са се образували определен брой частици-монополи, но шеметното разширение на пространството в период от няколко секунди (инфлация) е довело до увеличаване размера на Вселената с милиарди пъти и така концентрацията на тези частици е спаднала значително. Ето защо не можем да ги засечем.

Другият проблем се счита за най-силното доказателство в подкрепа на инфлацията. Това е самата геометрия на Вселената. Стандартното схващане (което се учи в училище) е, че пространството е плоско (Евклидова геометрия). В такова пространство сумата от ъглите във всеки триъгълник е 180°. Върху повърхността на сфера обаче тази сума е по-голяма от 180°.

Каква е нашата Вселена? Наблюденията на микровълновото фоново лъчение показват, че тя се доближава подозрително до плоската Вселена. Това е удивително, защото би значило, че началните параметри са били "програмирани" с изключително висока точност (от порядъка на няколко атома). Инфлацията дава по-правдоподобно обяснение.

Ако една силно закривена повърхнина (например топче за тенис на маса) бъде увеличена до размера на Земята, кривината би станала доста малка, но забележима (и древните са знаели, че Земята е сфера). Ако обаче Земята бъде "раздута" милиарди милиарди пъти, то кривината би станала толкова малка, че нито един наш експеримент не може да я установи. Инфлацията е направила точно това — направила е една изкривена вселена да прилича на плоска.


Така тези проблеми са решени по един отличен начин, но всичко това е за сметка на въвеждането на абсолютно мистериозното разширение, което трябва да е причинено от тайнствена сила. Това е една от основните загадки в съвремената космология.

Инфлация на Вселената І

В космологията има теория, известна като "инфлация". Най-общо казано това е главоломно разширение на пространството мигове след Големия взрив. Защо е било необходимо да се въведе подобно странно явление?

Вселената, погледната във възможно най-едър мащаб, е сравнително еднородна. Далечните галактики са разпръснати из пространството равномерно. Дори температурата във всяка една посока е почти еднаква. И все пак тя е толкова голяма, че светлината от най-далечния й край все още не е имала достатъчно време да достигне до другия край (ако разстоянието от Земята до две диаметрално противоположни в небето отдалечени галактики е 10 млрд. св. г., то общото разстояние между двете галактики е 10+10 = 20 млрд. св. г., но Вселената е на 13.7 млрд. години!). Това означава, че не е възможно в ранната Вселена да е станало някакво изравняване на температурите по познатите ни закони за топлообмен. Интересно е, че според традиционната теория на Големия взрив в нито един момент от миналото на Вселената тя не е била достатъчно малка, за да се извърши изравняване на температурите.

Едно от най-добрите обяснения е това за инфлацията. Космолозите предполагат, че в интервала между 10^-35 и 10^-32 секунди след Големия взрив Вселената е претърпяла внезапно шеметно разширение на самото пространство. Това разширение е станало със скорост по-висока от тази на светлината. Теорията на относителността на Айнщайн забранява движение на материя със скорост по-висока от светлинната, но не забранява разширение на самото пространство с такава скорост.

Ако приемем теорията на инфлацията за вярна, то ранната Вселена е била много по-малка и топлообмен е бил възможен. След като температурата се е изравнила, настъпило е главоломното разширение, което отдалечило най-крайните региони на Вселената на толкова големи разстояния, че светлината не е успяла да стигне от единия до другия край.

Тъй както двете галактики от примера по-горе са толкова далеч една от друга, че светлината от едната не е стигнала другата, така има и галактики, чиято светлина не е достигнала нашата. Т.е. наблюдаемата вселена е само част от цялата Вселена.

Инфлацията решава още два проблема, но за тях следващия път.

________
Изображения: NASA

Теория на инфлацията

В началото е нямало нищо — нито галактики, нито звезди, нито планети, нито живот. Въобще не е имало материя — дори миниатюрните частици не са съществували. Как така нещо толкова огромно и сложно като Вселената се е образувало от нищото?

Отговорът се крие в съюза между науката за много малките неща (квантовата теория) и много големите неща (космологията). Удивителното е, че според квантовата теория енергийни мехурчета могат да се появяват временно от нищото! По правило тези мехурчета се пукат веднага щом се образуват. За да оцелее, то трябва да се разшири много интензивно. Само тогава едно такова мехурче може да се превърне във Вселената, която се опитваме да разберем. Теорията на инфлацията е най-добрата до ден днешен, която по някакъв начин може да обясни как това се е случило. Става дума за кратък период на изключително бързо разширяване, при което Вселената е нарастнала около 10⁶⁰ пъти. Тя се разширила от размер, по-малък от този на протон, до размер на грейпфрут, и то за частица от секундата. Това дало старт на Големия взрив и на сътворението на всичко.

Тази теория ни дава и много вълнуващи предположения — включително възможността инфлацията да е протичащ процес, а не само уникално събитие, създало нашата Вселена. Някъде другаде в нашата Вселена подобни мехурчета от чиста енергия може би се материализират и дават началото на нови такива, а и нашата собствена може би е такова мехурче в друга вселена. Може да сме част от много мултивселени, в една еволюция без начало и край.

------

Теорията на инфлацията е измислена от Алан Гът, Андрей Линде, Пол Стайнхарт и Анди Албрехт и тя дава обяснения на въпроси там, където теорията на Големия взрив не успява. Освен това обаче повдига нови въпроси, на които тепърва трябва да търсим отговори.

(превод от ВВС)