Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из вселенной пузырей )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Вечная инфляция - это гипотетическая модель инфляционной Вселенной , которая сама по себе является результатом или расширением теории Большого взрыва .

Согласно вечной инфляции, инфляционная фаза расширения Вселенной длится вечно на большей части Вселенной. Поскольку регионы расширяются экспоненциально быстро, большая часть объема Вселенной в любой момент времени раздувается. Таким образом, вечная инфляция порождает гипотетически бесконечную мультивселенную , в которой только незначительный фрактальный объем останавливает инфляцию.

Пол Стейнхардт , один из первых исследователей инфляционной модели, представил первый пример вечной инфляции в 1983 году [1], а Александр Виленкин показал, что он является общим. [2]

В статье Алана Гута 2007 года «Вечная инфляция и ее последствия» [3] говорится, что при разумных предположениях «Хотя инфляция в целом вечна в будущем, она не вечна в прошлом». Гут подробно рассказал, что было известно об этом предмете в то время, и продемонстрировал, что вечная инфляция по-прежнему считается вероятным результатом инфляции, спустя более 20 лет после того, как вечная инфляция была впервые введена Стейнхардтом.

Обзор [ править ]

Развитие теории [ править ]

Основная статья: зарождение пузырьков

Инфляция, или теория инфляционной Вселенной, изначально была разработана как способ преодолеть несколько оставшихся проблем с тем, что в противном случае считалось успешной теорией космологии, моделью Большого взрыва.

В 1979 году Алан Гут представил инфляционную модель Вселенной, чтобы объяснить, почему Вселенная плоская и однородная (что относится к плавному распределению материи и излучения в больших масштабах). [4] Основная идея заключалась в том, что Вселенная пережила период быстро ускоряющегося расширения через несколько мгновений после Большого взрыва. Он предложил механизм, вызывающий инфляцию: энергия ложного вакуума . Гут ввел термин «инфляция» и был первым, кто обсудил теорию с другими учеными всего мира.

Первоначальная формулировка Гута была проблематичной, поскольку не существовало последовательного способа положить конец инфляционной эпохе и создать горячую, изотропную , однородную Вселенную, наблюдаемую сегодня. Хотя ложный вакуум мог распадаться на пустые «пузыри» «истинного вакуума», которые расширялись со скоростью света, пустые пузыри не могли слиться, чтобы повторно нагреть Вселенную, потому что они не могли угнаться за оставшейся надувающейся Вселенной.

В 1982 году эта « проблема изящного выхода » была независимо решена Андреем Линде и Андреасом Альбрехтом и Полом Стейнхардтом [5], которые показали, как положить конец инфляции, не создавая пустых пузырей, а вместо этого получить горячую расширяющуюся Вселенную. Основная идея заключалась в том, чтобы иметь непрерывный "медленный" или медленный переход от ложного вакуума к истинному без образования пузырьков. Усовершенствованная модель получила название «новая инфляция».

В 1983 году Пол Стейнхардт первым показал, что эта «новая инфляция» не должна заканчиваться везде. [1] Вместо этого, это может закончиться только конечным участком или горячим пузырем, полным материи и излучения, и эта инфляция продолжается в большей части Вселенной, создавая по пути горячий пузырь за горячим. Александр Виленкин показал, что, когда квантовые эффекты правильно включены, это действительно характерно для всех новых моделей инфляции. [2]

Используя идеи, предложенные Стейнхардтом и Виленкиным, Андрей Линде в 1986 году опубликовал альтернативную модель инфляции, в которой эти идеи были использованы для подробного описания того, что стало известно как теория хаотической инфляции или вечная инфляция. [6]

Квантовые флуктуации [ править ]

Новая инфляция не создает идеально симметричной Вселенной из-за квантовых флуктуаций во время инфляции. Колебания вызывают различие энергии и плотности вещества в разных точках пространства.

Квантовые колебания в поле гипотетической инфляции вызывают изменения в скорости расширения, которые ответственны за вечную инфляцию. Те регионы с более высоким уровнем инфляции расширяются быстрее и доминируют во Вселенной, несмотря на естественную тенденцию прекращения инфляции в других регионах. Это позволяет инфляции продолжаться вечно, порождая вечную инфляцию в будущем. В качестве упрощенного примера предположим, что во время инфляции естественная скорость распада инфлатонаполе медленное по сравнению с эффектом квантовой флуктуации. Когда мини-вселенная раздувается и «самовоспроизводится», скажем, в двадцать причинно-несвязанных мини-вселенных, равных по размеру исходной мини-вселенной, возможно, девять из новых мини-вселенных будут иметь больше, чем меньше, среднее значение поля инфлатона, чем исходная мини-вселенная, потому что они раздувались из областей исходной мини-вселенной, где квантовая флуктуация подтолкнула значение инфлатона вверх больше, чем медленная скорость затухания инфляции снизила значение инфлатона. Первоначально существовала одна мини-вселенная с заданным значением инфлатона; теперь есть девять мини-вселенных, которые имеют немного большее значение инфлатона. (Конечно, есть еще одиннадцать мини-вселенных, где значение инфлатона немного ниже, чем было изначально.) Каждая мини-вселенная с большим значением поля инфлатона перезапускает аналогичный цикл приблизительного самовоспроизведения внутри себя. (Мини-вселенные с более низкими значениями инфлатона также могут воспроизводиться, если их значение инфлатона не достаточно мало, чтобы область выпала из инфляции и прекратила самовоспроизведение.) Этот процесс продолжается бесконечно; девять мини-вселенных с высоким уровнем инфлатона могут превратиться в 81, затем 729 ... Таким образом, существует вечная инфляция.[7]

В 1980 г. Вячеслав Муханов и Геннадий Чибисов [8] [9] в Советском Союзе предложили квантовые флуктуации в контексте модели модифицированной гравитации Алексея Старобинского [10] как возможные семена для образования галактик.

В контексте инфляции квантовые флуктуации впервые были проанализированы на трехнедельном семинаре Наффилда 1982 года по очень ранней Вселенной в Кембриджском университете. [11] Средняя сила колебаний была сначала рассчитана четырьмя группами, работавшими отдельно в ходе семинара: Стивеном Хокингом ; [12] Старобинский; [13] Гут и Со-Юнг Пи; [14] и Джеймс М. Бардин , Пол Стейнхардт и Майкл Тернер . [15]

Ранние расчеты, сделанные в Nuffield Workshop, были сосредоточены только на средних колебаниях, величина которых слишком мала, чтобы повлиять на инфляцию. Однако, начиная с примеров, представленных Стейнхардтом [1] и Виленкиным [2], позже было показано, что та же самая квантовая физика порождает случайные большие флуктуации, которые увеличивают темп инфляции и поддерживают инфляцию вечно.

Дальнейшее развитие [ править ]

Анализируя данные спутника Planck за 2013 год, Анна Иджас и Пол Стейнхардт показали, что простейшие инфляционные модели из учебников были исключены, а оставшиеся модели требуют экспоненциально более точных начальных условий, большего количества настраиваемых параметров и меньшей инфляции. Более поздние наблюдения Planck, опубликованные в 2015 году, подтвердили эти выводы. [16] [17]

Статья Кохли и Хаслама в 2014 году поставила под сомнение жизнеспособность теории вечной инфляции, проанализировав теорию хаотической инфляции Линде, в которой квантовые флуктуации моделируются как гауссовский белый шум. [18] Они показали, что в этом популярном сценарии вечная инфляция на самом деле не может быть вечной, а случайный шум приводит к тому, что пространство-время заполняется сингулярностями. Это было продемонстрировано, показывая, что решения уравнений поля Эйнштейна расходятся за конечное время. Таким образом, в их статье сделан вывод, что теория вечной инфляции, основанная на случайных квантовых флуктуациях, не будет жизнеспособной теорией, и возникающее в результате существование мультивселенной «все еще остается открытым вопросом, который потребует гораздо более глубокого исследования».

Инфляция, вечная инфляция и мультивселенная [ править ]

В 1983 году было показано, что инфляция может быть вечной, что приведет к мультивселенной, в которой пространство разбивается на пузыри или пятна, свойства которых различаются от участка к участку, охватывая все физические возможности.

Пол Стейнхардт, создавший первый пример вечной инфляции [1], в конце концов стал ярым и ярым противником этой теории. Он утверждал, что мультивселенная представляет собой крах теории инфляции, потому что в мультивселенной возможен любой исход, поэтому инфляция не дает никаких прогнозов и, следовательно, не поддается проверке. Следовательно, утверждал он, инфляция не является ключевым условием научной теории . [19] [20]

И Линде, и Гут, однако, продолжали поддерживать теорию инфляции и мультивселенную. Гут заявил:

Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я думаю, что еще предстоит провести исследования. Но большинство моделей инфляции действительно приводят к мультивселенной, и свидетельства инфляции подталкивают нас к серьезному восприятию идеи мультивселенной. [21]

По словам Линде, «можно изобрести модели инфляции, которые не допускают мультивселенную, но это сложно. Каждый эксперимент, повышающий доверие к теории инфляции, приближает нас к намекам на то, что мультивселенная реальна». [21]

В 2018 году покойные Стивен Хокинг и Томас Хертог опубликовали статью, в которой потребность в бесконечной мультивселенной исчезает, поскольку Хокинг описывает, что их теория дает вселенные, которые «достаточно гладкие и глобально конечные». [22] [23] Теория использует голографический принцип для определения «плоскости выхода» из вневременного состояния вечной инфляции, вселенные , которые генерируются на плоскости, описываются с использованием переопределения не краевой волновой функции, на самом деле теория требует границы в начале времени. [24]Проще говоря, Хокинг говорит, что их открытия «подразумевают значительное сокращение мультивселенной», что, как указывает Кембриджский университет, делает теорию «предсказуемой и проверяемой» с использованием гравитационно-волновой астрономии . [25]

См. Также [ править ]

  • Астрофизика
  • Космология
  • Инфляция (космология)
  • Фрактальная космология
  • Физическая космология
  • Форма вселенной
  • Ложный вакуум

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г Гиббонс, Гэри В .; Хокинг, Стивен В .; Сиклос, STC, ред. (1983). «Естественная инфляция». Самая ранняя Вселенная . Издательство Кембриджского университета . С. 251–66. ISBN 978-0-521-31677-4.
  2. ^ a b c Виленкин, Александр (1983). «Рождение инфляционных вселенных». Physical Review D . 27 (12): 2848–2855. Bibcode : 1983PhRvD..27.2848V . DOI : 10.1103 / PhysRevD.27.2848 .
  3. ^ Гут, Алан Х. (2007). «Вечная инфляция и ее последствия». J. Phys. . 40 (25): 6811–6826. arXiv : hep-th / 0702178 . Bibcode : 2007JPhA ... 40.6811G . DOI : 10.1088 / 1751-8113 / 40/25 / S25 . S2CID 18669045 . 
  4. ^ Гут, Алан Х. (1981). «Инфляционная вселенная: возможное решение проблем горизонта и плоскостности» . Phys. Rev. D . 23 (2): 347–356. Bibcode : 1981PhRvD..23..347G . DOI : 10.1103 / PhysRevD.23.347 .
  5. ^ Альбрехт, А .; Стейнхардт П.Дж. (1982). "Космология для теорий Великого Объединения с радиационно-индуцированным нарушением симметрии". Phys. Rev. Lett . 48 (17): 1220–1223. Bibcode : 1982PhRvL..48.1220A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.48.1220 .
  6. ^ Linde, AD (август 1986). «Вечно существующая самовоспроизводящаяся хаотическая инфляционная Вселенная» (PDF) . Физика Письма Б . 175 (4): 395–400. Полномочный код : 1986PhLB..175..395L . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (86) 90611-8 .
  7. ^ Linde, Андрей. «Инфляционная космология». Инфляционная космология. Springer Berlin Heidelberg, 2008. 1-54.
  8. ^ Муханов, ВячеславФ .; Чибисов, Г.В. (1981). «Квантовая флуктуация и« несингулярная »вселенная». Письма в ЖЭТФ . 33 : 532–5. Bibcode : 1981JETPL..33..532M .
  9. ^ Муханов, Вячеслав Ф. (1982). «Энергия вакуума и крупномасштабная структура Вселенной». Советская физика в ЖЭТФ . 56 : 258–65.
  10. Перейти ↑ Starobinsky, AA (1979). «Спектр реликтового гравитационного излучения и раннее состояние Вселенной» (PDF) . JETP Lett . 30 : 682. Bibcode : 1979JETPL..30..682S .
  11. ^ См. Guth (1997) для популярного описания семинара, или The Very Early Universe , ISBN 0521316774 eds Hawking, Gibbon & Siklos для более подробного отчета. 
  12. Перейти ↑ Hawking, SW (1982). «Развитие неоднородностей в раздутой Вселенной с одним пузырем». Физика Письма Б . 115 (4): 295–297. Bibcode : 1982PhLB..115..295H . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (82) 90373-2 .
  13. ↑ Старобинский, Алексей А. (1982). «Динамика фазового перехода в сценарии новой инфляционной Вселенной и генерация возмущений». Физика Письма Б . 117 (3–4): 175–8. Bibcode : 1982PhLB..117..175S . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (82) 90541-X .
  14. ^ Guth, AH; Пинг, Со-Янг (1982). «Колебания в новой инфляционной Вселенной». Phys. Rev. Lett . 49 (15): 1110–3. Bibcode : 1982PhRvL..49.1110G . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.49.1110 .
  15. ^ Бардин, Джеймс М .; Steinhardt, Paul J .; Тернер, Майкл С. (1983). «Самопроизвольное создание почти безмасштабных возмущений плотности в инфляционной Вселенной». Physical Review D . 28 (4): 679–693. Bibcode : 1983PhRvD..28..679B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.28.679 .
  16. ^ Iijas, Анна; Лоеб, Авраам; Стейнхардт, Пол (2013). «Инфляционная парадигма в беде после Planck 2013». Phys. Lett. B . 723 (4–5): 261–266. arXiv : 1304,2785 . Bibcode : 2013PhLB..723..261I . DOI : 10.1016 / j.physletb.2013.05.023 . S2CID 14875751 . 
  17. ^ Iijas, Анна; Steinhardt, Paul J .; Лоеб, Авраам (2014). «Инфляционный раскол». Phys. Lett. B . 7 : 142–146. arXiv : 1402,6980 . Bibcode : 2014PhLB..736..142I . DOI : 10.1016 / j.physletb.2014.07.012 . S2CID 119096427 . 
  18. ^ Иджас, Анна; Steinhardt, Paul J .; Лоеб, Авраам (2015). «Математические вопросы в вечной инфляции». Учебный класс. Квантовая гравитация . 32 (7): 075001. arXiv : 1408.2249 . Bibcode : 2015CQGra..32g5001S . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 32/7/075001 . S2CID 119321525 . 
  19. ↑ Стейнхардт, Пол Дж. (Апрель 2011 г.). «Дебаты об инфляции: действительно ли теория, лежащая в основе современной космологии, глубоко ошибочна?» (PDF) . Scientific American . 304 (4): 36–43. Bibcode : 2011SciAm.304d..36S . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0411-36 . PMID 21495480 .  
  20. ^ http://www.physics.princeton.edu/~steinh/vaasrev.pdf
  21. ^ a b «Наша Вселенная может существовать в мультивселенной, предполагает открытие космической инфляции» . Space.com .
  22. ^ ChoMay. 2, Адриан; 2018; Вечер, 17:55 (2 мая 2018). «(Почти) последняя статья Стивена Хокинга: положить конец началу вселенной» . Наука | AAAS . Проверено 15 октября 2020 года .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  23. ^ Хокинг, ЮЗ; Хертог, Томас (27 апреля 2018 г.). "Плавный выход из вечной инфляции?" . Журнал физики высоких энергий . 2018 (4): 147. arXiv : 1707.07702 . Bibcode : 2018JHEP ... 04..147H . DOI : 10.1007 / JHEP04 (2018) 147 . ISSN 1029-8479 . S2CID 13745992 .  
  24. ^ «До Большого взрыва 5: Предложение без границ» . YouTube . парашютист. 7 ноября 2017 . Проверено 16 октября 2020 года .
  25. ^ «Укрощение мультивселенной: последняя теория Стивена Хокинга о Большом взрыве» . Кембриджский университет . 2 мая 2018 . Проверено 15 октября 2020 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Теория "мультивселенной", предложенная на микроволновом фоне BBC News, 3 августа 2011 г., о проверке вечной инфляции.