Saskaņā ar kosmiskās inflācijas teoriju, agrīnais Visums sāka eksponenciāli paplašināties tieši pēc Lielā sprādziena. Kosmologi izvirzīja šo teoriju 1981. gadā, lai izskaidrotu vairākas svarīgiem jautājumiem kosmoloģijā.
Viena no šādām problēmām ir horizonta problēma. Uz brīdi pieņemsim, ka Visums neizplešas. Tagad iedomājieties, ka ļoti agrīnā Visumā brīvi lidojošs fotons tika izšauts, līdz tas sadūrās ar Zemes N polu. Tagad iedomājieties, ka tajā pašā laikā tika izšauts fotons, šoreiz pretējā virzienā nekā pirmajam. Tam vajadzēja trāpīt Zemes dienvidu polam.
Vai divi dotie fotoni var apmainīties ar informāciju, kas notika to radīšanas laikā? Acīmredzot nē. Jo laiks, kas nepieciešams datu pārsūtīšanai no viena fotona uz otru, šajā gadījumā būs divi Visuma vecumi. Fotoni ir izolēti. Viņi atrodas aiz viena otra horizonta.
Tomēr novērojumi liecina, ka fotoni, kas nāk no pretējiem virzieniem, kaut kādā veidā mijiedarbojās. Kopš mikroviļņu fona kosmiskajam starojumam ir gandrīz identiska temperatūra visos mūsu debesu punktos.
Šo problēmu var atrisināt, pieņemot, ka kādu laiku pēc Lielā sprādziena Visums ir eksponenciāli paplašinājies. Līdz šim Visumam varēja būt cēloņsakarība un līdzsvarota vispārējā temperatūra. Reģioni, kas šodien atrodas tālu viens no otra, agrīnajā Visumā bija ļoti tuvi. Tas izskaidro, kāpēc fotoniem, kas nāk no dažādiem virzieniem, gandrīz vienmēr ir vienāda temperatūra.
Vienkāršs modelis, lai saprastu Visuma paplašināšanos, ir kā gaisa balons balons. Novērotājam abās bumbas pusēs var šķist, ka viņš atrodas izplešanās centrā, jo visi blakus punkti kļūst tālāk.
Kad balons ir piepūsts, attālumi starp objektiem uz balona virsmas ir aptuveni e60 = 1026. Tas ir skaitlis, kam seko divdesmit sešas nulles. Tas pārsniedz parastās politiski ekonomiskās diskusijas par inflāciju.
kvantu svārstības
Iedomāsimies, ka pirms balona piepūšanas uz tā bija rakstīts uzraksts. Tik mazs, ka nevarēja izlasīt. Piepūšot balonu, ziņa kļuva lasāma. Tas nozīmē, ka inflācija darbojas kā mikroskops, kas parāda to, kas bija uzrakstīts uz oriģinālā balona.
Līdzīgi varam aplūkot kvantu svārstības, kas veidojās inflācijas sākumā. Kosmosa paplašināšanās inflācijas laikmetā darbojas kā milzīgs mikroskops, kas parāda kvantu svārstības. Tas atstāj nospiedumus mikroviļņu kosmiskā starojuma fonā (karstāki un aukstāki apgabali) un galaktiku izplešanās.
Izmantojot klasisko fiziku, inflācijas Visuma evolūcija ir viendabīga – katrs telpas punkts attīstās identiski. Tomēr kvantu fizika ievieš zināmu nenoteiktību sākotnējos apstākļos dažādiem telpas punktiem.
Šīs variācijas struktūras veidošanā darbojas kā sēklas. Pēc inflācijas perioda, kad pastiprināsies svārstības, matērijas sadalījums dažādās Visuma vietās būs nedaudz atšķirīgs. Smaguma spēks veido blīvākus apgabalus, kas noved pie galaktiku veidošanās.
Kas notiktu, ja tālā pagātnē Visuma telpa būtu viltus vakuuma stāvoklī? Ja matērijas blīvums tajā laikmetā būtu mazāks, nekā vajadzīgs, lai līdzsvarotu Visumu, tad dominētu atgrūžošā gravitācija. Tas izraisītu Visuma paplašināšanos, pat ja tas sākotnēji neizvērstos.
Lai padarītu mūsu idejas precīzākas, mēs pieņemsim, ka Visums ir slēgts. Tad viņa uzpūš kā gaisa balons. Pieaugot Visuma tilpumam, matērija kļūst retināta un tās blīvums samazinās. Tomēr viltus vakuuma masas blīvums ir fiksēta konstante; tas vienmēr paliek tāds pats. Tāpēc ļoti ātri matērijas blīvums kļūst niecīgs, mums paliek vienmērīga izplešas viltus vakuuma jūra.
Izplešanos izraisa viltus vakuuma spriegums, kas ir lielāks par pievilcību, kas saistīta ar tā masas blīvumu. Tā kā neviens no šiem lielumiem laika gaitā nemainās, izplešanās ātrums paliek nemainīgs ar augstu precizitātes pakāpi. Šo ātrumu raksturo proporcija, kādā Visums izplešas laika vienībā (teiksim, vienā sekundē). Pēc nozīmes šī vērtība ir ļoti līdzīga inflācijas līmenim ekonomikā – procentuālajam cenu pieaugumam gadā. 1980. gadā, kad Gūts pasniedza semināru Hārvardā, ASV inflācijas līmenis bija 14%. Ja šī vērtība paliktu nemainīga, cenas dubultotos ik pēc 5,3 gadiem. Tāpat nemainīgs Visuma izplešanās ātrums nozīmē, ka pastāv noteikts laika intervāls, kura laikā Visuma izmērs dubultojas.
Izaugsmi, ko raksturo pastāvīgs dubultošanās laiks, sauc par eksponenciālo izaugsmi. Ir zināms, ka tas ļoti ātri noved pie gigantiskiem skaitļiem. Ja šodien picas šķēle maksā $1, tad pēc 10 dubultošanas cikliem (mūsu piemērā 53 gadi) tās cena būs $10^(24)$ dolāri, bet pēc 330 cikliem tā sasniegs $10^(100)$ dolārus. Šim kolosālajam skaitlim, kam seko 100 nulles, ir īpašs nosaukums - googol. Guts ieteica kosmoloģijā izmantot terminu inflācija, lai aprakstītu Visuma eksponenciālo izplešanos.
Divkāršošanās laiks Visumam, kas piepildīts ar viltus vakuumu, ir neticami īss. Un jo augstāka ir vakuuma enerģija, jo īsāka tā ir. Elektrovāja vakuuma gadījumā Visums paplašināsies par googola koeficientu vienā trīsdesmitajā mikrosekundes daļā, un Lielās apvienošanas vakuuma klātbūtnē tas notiks par $10^(26)$ reizes ātrāk. Tik īsā sekundes daļā atoma lieluma apgabals tiks uzpūsts līdz izmēram, kas ir daudz lielāks nekā viss šodien novērojamais Visums.
Tā kā viltus vakuums ir nestabils, tas galu galā sadalās un tā enerģija aizdedzina daļiņu uguns bumbu. Šis notikums iezīmē inflācijas beigas un normālas kosmoloģiskās evolūcijas sākumu. Tādējādi no niecīga sākotnējā embrija mēs iegūstam milzīgu karsti izplešanos Visumu. Un kā papildu bonuss, šis scenārijs brīnumaini novērš horizonta un plakanas ģeometrijas problēmas, kas raksturīgas Lielā sprādziena kosmoloģijai.
Horizonta problēmas būtība ir tāda, ka attālumi starp dažām novērojamā Visuma daļām ir tādi, ka šķiet, ka tie vienmēr ir bijuši lielāki par gaismas nobraukto attālumu kopš Lielā sprādziena. Tas liek domāt, ka viņi nekad nav mijiedarbojušies viens ar otru, un tad ir grūti izskaidrot, kā viņi panāca gandrīz precīzu temperatūru un blīvuma vienādību. Standarta Lielā sprādziena teorijā gaismas virzītais ceļš pieaug proporcionāli Visuma vecumam, savukārt attālums starp reģioniem palielinās lēnāk, jo gravitācija palēnina kosmisko izplešanos. Apgabali, kas šodien nevar mijiedarboties, varēs ietekmēt viens otru nākotnē, kad gaisma beidzot aptvers attālumu, kas tos šķir. Taču pagātnē gaismas nobrauktais attālums kļūst vēl īsāks, nekā vajadzētu, tāpēc, ja reģioni šodien nevar mijiedarboties, viņi to noteikti nevarēja darīt agrāk. Tāpēc problēmas sakne ir saistīta ar gravitācijas pievilcīgo dabu, kuras dēļ izplešanās pakāpeniski palēninās.
Tomēr viltus vakuuma Visumā gravitācija ir atbaidoša, un tā vietā, lai palēninātu izplešanos, tā to paātrina. Šajā gadījumā situācija ir pretēja: apgabali, kas var apmainīties ar gaismas signāliem, zaudēs šo iespēju nākotnē. Un, kas ir vēl svarīgāk, tiem apgabaliem, kas šodien ir viens otram nepieejami, noteikti ir bijusi mijiedarbība pagātnē. Horizonta problēma ir pazudusi!
Plakanās telpas problēma tiek atrisināta tikpat vienkārši. Izrādās, ka Visums attālinās no kritiskā blīvuma tikai tad, ja tā izplešanās palēninās. Paātrinātās inflācijas izplešanās gadījumā viss ir pretējs: Visums tuvojas kritiskajam blīvumam, kas nozīmē, ka tas kļūst plakanāks. Tā kā inflācija paplašina Visumu par milzīgu faktoru, mēs redzam tikai nelielu tās daļu. Šis novērojamais reģions šķiet plakans, līdzīgs mūsu Zemei, kas arī šķiet plakana, ja to skatās tuvu virsmai.
Tātad īss inflācijas periods padara Visumu lielu, karstu, viendabīgu un plakanu, radot tieši tādus sākotnējos apstākļus, kādi nepieciešami standarta lielā sprādziena kosmoloģijai.
Inflācijas teorija sāka iekarot pasauli. Kas attiecas uz pašu Gūtu, viņa pēcdoktora statuss ir beidzies. Viņš pieņēma piedāvājumu no savas alma mater, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta, kur viņš turpina strādāt arī šodien.
Fragments no A. Viļenkina grāmatas "Daudzas pasaules vienā: citu Visumu meklējumi"
Kurā viņš īsi apraksta inflācijas Visuma teorijas rašanos un attīstību, kas sniedz jaunu skaidrojumu Lielajam sprādzienam un paredz daudzu citu Visumu pastāvēšanu līdzās mūsējam.
Kosmoloģija savā ziņā ir līdzīga filozofijai. Pirmkārt, tā izpētes priekšmeta plašuma ziņā - tas ir viss Visums kopumā. Otrkārt, ar to, ka dažas telpas tajā zinātnieki pieņem kā pieļaujamas bez iespējas veikt jebkāda veida pārbaudes eksperimentu. Treškārt, daudzu kosmoloģisko teoriju prognozēšanas spēks darbosies tikai tad, ja mēs varēsim nokļūt citos visumos – kas nav gaidāms.
Tomēr no tā visa neizriet, ka mūsdienu kosmoloģija ir tik roku vicināta un ne līdz galam zinātniska joma, kur, tāpat kā senie grieķi, var gulēt koku ēnā un izvirzīt hipotēzes par laika telpas dimensiju skaitu - desmit no tiem vai vienpadsmit? Kosmoloģiskie modeļi ir balstīti uz astronomijas novērojumu datiem, un jo vairāk šo datu, jo vairāk materiāla kosmoloģiskiem modeļiem, kam šie dati jāsavieno un jāsaskaņo. Grūtības rada tas, ka kosmoloģijā tiek izvirzīti fundamentāli jautājumi, kas prasa dažus sākotnējos pieņēmumus, kurus modeļu autori izvēlas, balstoties uz saviem personīgajiem priekšstatiem par Visuma harmoniju. Patiesībā tajā nav nekā izņēmuma: veidojot jebkuru teoriju, jāņem vērā daži atskaites punkti. Vienkārši kosmoloģijai, kas darbojas lielākajos telpas un laika mērogos, tos izvēlēties ir īpaši grūti.
Pirmkārt, dažas svarīgas definīcijas.
Kosmoloģija ir zinātne, kas pēta mūsu Visuma īpašības kopumā. Taču tai vēl nav nevienas vienotas teorijas, kas aprakstītu visu notiekošo un jebkad notikušo. Tagad ir četri galvenie kosmoloģiskie modeļi, kas mēģina aprakstīt Visuma izcelsmi un evolūciju, un katram no tiem ir savi plusi un mīnusi, savi piekritēji un pretinieki. Lambda-CDM modelis tiek uzskatīts par autoritatīvāko, lai gan tas nav neapstrīdams. Ir svarīgi saprast, ka kosmoloģiskie modeļi ne vienmēr konkurē viens ar otru. Viņi var vienkārši aprakstīt principiāli dažādus evolūcijas posmus. Piemēram, Lambda-CDM vispār nerisina Lielā sprādziena problēmu, lai gan tas lieliski izskaidro visu, kas notika pēc tā.
Multiverse struktūra ar mini-visumu burbuļiem tajā.
Dizains: Andrejs Linde
Pārsteidzošākais šajā ziņā ir tas, ka kosmoloģiskā konstante (tas ir, vakuuma enerģija) nemainās laikā, kad Visums izplešas, savukārt matērijas blīvums tikai mainās pilnīgi paredzamā veidā un ir atkarīgs no telpas tilpuma. Izrādās, ka agrīnajā Visumā matērijas blīvums bija daudz lielāks par vakuuma blīvumu, nākotnē, galaktikām lidojot atsevišķi, matērijas blīvums samazināsies. Tātad, kāpēc tieši tagad, kad mēs varam tos izmērīt, tie ir tik tuvu viens otram?
Vienīgais zināmais veids, kā to izskaidrot neticama sakritība, neiesaistot nekādas nezinātniskas hipotēzes, iespējams tikai ar antropiskā principa un inflācijas modeļa palīdzību - tas ir, no esošo Visumu kopas dzīvība radās tajā, kur atklājās kosmoloģiskā konstante noteiktā laika momentā. būt vienādam ar matērijas blīvumu (tas savukārt nosaka laiku, kas pagājis no inflācijas sākuma, un dod tieši pietiekami daudz laika galaktiku veidošanās, smago elementu veidošanās un dzīvības attīstībai).
Vēl viens pagrieziena punkts inflācijas modeļa izstrādē bija Busso un Polčinska raksta publicēšana 2000. gadā, kurā viņi ierosināja izmantot stīgu teoriju, lai izskaidrotu lielu dažādu vakuuma veidu kopumu, no kuriem katrā varētu būt kosmoloģiskā konstante. par dažādām vērtībām. Un, kad viens no pašas stīgu teorijas radītājiem Leonards Suskinds pievienojās darbam pie stīgu teorijas un inflācijas modeļa apvienošanas, tas ne tikai palīdzēja izveidot pilnīgāku ainu, ko tagad sauc par “stīgu teorijas antropisko ainavu”, bet arī kaut kādā veidā pievienoja svaru visam modelim. V zinātniskā pasaule. Rakstu skaits par inflāciju gada laikā ir pieaudzis no četriem līdz trīsdesmit diviem.
Inflācijas modelis apgalvo, ka tas nav vienkārši izskaidrojams laba skaņa pamatkonstantes, bet arī palīdzēt atklāt dažus pamatparametrus, kas nosaka šo konstantu lielumu. Fakts ir tāds, ka šodien standarta modelī ir 26 parametri (kosmoloģiskā konstante bija pēdējā atklātā), kas nosaka visu to konstantu vērtību, ar kurām jūs jebkad esat saskāries fizikas kursā. Tas ir diezgan daudz, un jau Einšteins uzskatīja, ka viņu skaitu var samazināt. Viņš ierosināja teorēmu, kas, pēc viņa teiktā, šobrīd nevar būt vairāk kā pārliecība, ka pasaulē nav patvaļīgu konstantu: tā ir tik gudri sakārtota, ka starp šķietami pilnīgi atšķirīgiem lielumiem ir jābūt kaut kādām loģiskām saiknēm. Inflācijas modelī šīs konstantes var būt tikai parametrs vidi, kas inflācijas ietekmes dēļ mums lokāli šķiet nemainīgs, lai gan citā Visuma daļā būs pavisam citādāks un to nosaka vēl neidentificēti, bet noteikti esošie patiesi fundamentāli parametri.
Raksta beigās Linde raksta, ka inflācijas modeļa kritika bieži vien ir balstīta uz to, ka mēs pārskatāmā nākotnē nespēsim iekļūt citos visumos. Tāpēc nav iespējams pārbaudīt teoriju, un mums joprojām nav atbilžu uz visvienkāršākajiem jautājumiem: Kāpēc Visums ir tik liels? Kāpēc tas ir tas pats? Kāpēc tas ir izotrops un negriežas kā mūsu galaktika? Taču, ja palūkojamies uz šiem jautājumiem no cita leņķa, izrādās, ka pat neceļojot uz citiem minivisumiem, mums ir daudz eksperimentālu datu. Piemēram, izmērs, plakne, izotropija, viendabīgums, kosmoloģiskās konstantes vērtība, protonu un neitronu masu attiecība utt. Un vienīgais saprātīgais skaidrojums šim un daudziem citiem eksperimentālajiem datiem mūsdienās ir dots multiversu teorijas un līdz ar to inflācijas kosmoloģijas modeļa ietvaros.
, 1990. Andrejs Linde
"Stīgu teorijas antropiskā ainava" 2003. Leonards Saskinds
Marats Musins
Likās maz ticams, ka mūs varētu sasniegt atbalss no notikumiem, kas notika Visuma dzimšanas pirmajās milisekundēs. Tomēr izrādījās, ka tas ir iespējams.
Kosmoloģija, Visuma uzbūve, mūsu pasaules pagātne, tagadne un nākotne – šie jautājumi vienmēr ir nodarbinājuši cilvēces labākos prātus. Kosmoloģijas un zinātnes attīstībai kopumā ir ārkārtīgi svarīgi izprast Visumu kopumā. īpaša loma izspēlēt abstraktu konstrukciju eksperimentālu pārbaudi, to novērojumu datu apstiprināšanu, pētījumu rezultātu izpratni un salīdzināšanu, atsevišķu teoriju adekvātu izvērtējumu. Tagad mēs esam ceļa vidū, kas ved no Einšteina vienādojumu atrisināšanas uz Visuma dzimšanas un dzīves noslēpuma izzināšanu.
Nākamo soli šajā ceļā spēra haotiskās inflācijas teorijas veidotājs, Maskavas students. valsts universitāte, tagad Stenfordas universitātes profesors Andrejs Dmitrijevičs Linde, kurš sniedza būtisku ieguldījumu Visuma attīstības agrīnā posma izpratnē. Daudzus gadus viņš strādāja vienā no vadošajiem Krievijas akadēmiskajiem institūtiem - Fizikālajā institūtā. Ļebedeva Zinātņu akadēmija (FIAN), pētīja mūsdienu teoriju sekas elementārdaļiņas, strādājot kopā ar profesoru Deividu Abramoviču Kiržņicu.
1972. gadā Kiržnits un Linde nonāca pie secinājuma, ka savdabīgas fāzu pārejas notika agrīnajā Visumā, kad atšķirības starp dažādi veidi mijiedarbība pēkšņi pazuda: spēcīga un elektrovāja mijiedarbība saplūda vienā spēkā. ( vienota teorija 60. gadu beigās tika izveidota vāja un elektromagnētiska mijiedarbība, ko veic kvarki un leptoni, apmainoties bezmasas fotoniem (elektromagnētiskā mijiedarbība) un smagajiem starpposma vektora bozoniem (vāja mijiedarbība). Stīvens Veinbergs, Šeldons Glāšovs un Abduss Salams.) Vēlāk Linde pievērsās procesu izpētei vēl vairāk agrīnās stadijas Visuma attīstība pirmajās 10–30 sekundēs pēc tā dzimšanas. Iepriekš šķita maz ticams, ka mūs varētu sasniegt notikumu atbalss, kas notika Visuma dzimšanas pirmajās milisekundēs. Tomēr iekšā pēdējie gadi modernas metodes Astronomiskie novērojumi ļāvuši ieskatīties tālā pagātnē.
Kosmoloģijas problēmas
Ņemot vērā Lielā sprādziena teoriju, pētnieki saskārās ar problēmām, kuras iepriekš tika uztvertas kā metafiziskas. Tomēr jautājumi vienmēr radās un prasīja atbildes.
Kas notika, kad nekā nebija? Ja Visums ir dzimis no singularitātes, tad tas vienā reizē nepastāvēja. Landau un Lifšica Teorētiskajā fizikā teikts, ka Einšteina vienādojumu risināšanu nevar turpināt negatīvā laika apgabalā, un tāpēc vispārējā teorija relativitāte, jautājums "Kas bija pirms Visuma dzimšanas?" nav jēgas. Tomēr šis jautājums joprojām mūs visus satrauc.
Vai paralēlas līnijas krustojas? Skolā viņi mums teica nē. Tomēr, runājot par kosmoloģiju, atbilde nav tik skaidra. Piemēram, slēgtā Visumā, kas ir līdzīgs sfēras virsmai, līnijas, kas bija paralēlas ekvatoram, krustojas ziemeļos un dienvidu polus. Vai Eiklidam ir taisnība? Kāpēc šķiet, ka Visums ir plakans? Vai viņa bija tāda no paša sākuma? Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, ir jānosaka, kāds bija Visums ļoti agrīnā attīstības stadijā.
Kāpēc Visums ir viendabīgs? Patiesībā tā nav taisnība. Ir galaktikas, zvaigznes un citas neviendabības. Ja paskatāmies uz to Visuma daļu, kas atrodas mūsdienu teleskopu redzamības diapazonā, un analizējam matērijas vidējo izkliedes blīvumu kosmiskā mērogā, izrādās, ka tas ir vienāds visos virzienos ar precizitāti 10 -5 . Kāpēc Visums ir viendabīgs? Kāpēc dažādās Visuma daļās darbojas vieni un tie paši fizikas likumi? Kāpēc Visums ir tik liels? No kurienes radās tā radīšanai nepieciešamā enerģija?
Šaubas vienmēr radās, un jo vairāk zinātnieki uzzināja par mūsu pasaules uzbūvi un vēsturi, jo vairāk jautājumu palika neatbildēti. Taču cilvēki centās par tiem nedomāt, uztverot lielu viendabīgu Visumu un nekrustojas paralēlās līnijas kā dotu, nepakļautu diskusijām. Pēdējais piliens, kas piespieda fiziķus pārskatīt savu attieksmi pret agrīnā Visuma teoriju, bija relikviju monopolu problēma.
Magnētisko monopolu esamību 1931. gadā ierosināja angļu teorētiskais fiziķis Pols Diraks. Ja šādas daļiņas patiešām pastāv, tad tās magnētiskais lādiņš ir jābūt kādas noteiktas vērtības reizinājumam, ko savukārt nosaka pamatvērtība elektriskais lādiņš. Gandrīz pusgadsimtu šī tēma tika praktiski aizmirsta, bet 1975. gadā tika izskanējis sensacionāls paziņojums, ka kosmiskajos staros ir atklāts magnētiskais monopols. Informācija neapstiprinājās, taču vēstījums atkal pamodināja interesi par problēmu un veicināja jaunas koncepcijas izstrādi.
Saskaņā ar jaunu elementārdaļiņu teoriju klasi, kas radās 1970. gados, monopoli varēja parādīties agrīnajā Visumā fāzu pāreju rezultātā, ko paredzēja Kiržnits un Linde. Katra monopola masa ir miljons miljardu reižu lielāka par protona masu. 1978.–1979 Zeldovičs, Khlopovs un Preskils atklāja, ka šādu monopolu ir piedzimis diezgan daudz, lai tagad katram protonam būtu monopols, kas nozīmē, ka Visums būtu ļoti smags un tam būs ātri jāsagrūst zem sava svara. Fakts, ka mēs joprojām pastāvam, atspēko šo iespēju.
Agrīnā Visuma teorijas pārskatīšana
Atbilde uz lielāko daļu šo jautājumu tika iegūta tikai pēc inflācijas teorijas rašanās.
Inflācijas teorija ir sena vēsture. Pirmo šāda veida teoriju 1979. gadā ierosināja Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondējošais loceklis Aleksejs Aleksandrovičs Starobinskis. Viņa teorija bija diezgan sarežģīta. Atšķirībā no turpmākā darba viņa nemēģināja izskaidrot, kāpēc Visums ir liels, plakans, viendabīgs, izotropisks. Tomēr tai bija daudzas svarīgas inflācijas kosmoloģijas iezīmes.
1980. gadā Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta darbinieks Alans Gūss ( Alans Gūts) rakstā “Piepūšošais Visums: Iespējamais risinājums horizonta un plakanuma problēmas” ieskicēja interesantu uzpūšošā Visuma scenāriju. Tā galvenā atšķirība no tradicionālās Lielā sprādziena teorijas bija Visuma dzimšanas apraksts laika posmā no 10-35 līdz 10-32 s. Guss ierosināja, ka šajā laikā Visums atradās tā sauktā "viltus" vakuuma stāvoklī, kurā tā enerģijas blīvums bija ārkārtīgi augsts. Tāpēc paplašināšanās notika ātrāk nekā saskaņā ar Lielā sprādziena teoriju. Šo eksponenciāli straujās izplešanās posmu sauca par Visuma inflāciju (inflāciju). Tad viltus vakuums izjuka, un tā enerģija pārgāja parastās matērijas enerģijā.
Zosa teorija balstījās uz fāzu pāreju teoriju agrīnajā Visumā, ko izstrādāja Kiržnits un Linde. Atšķirībā no Starobinska, Gusa mērķis bija, izmantojot vienu vienkāršu principu, izskaidrot, kāpēc Visums ir liels, plakans, viendabīgs, izotropisks un arī kāpēc nav monopolu. Inflācijas posms varētu atrisināt šīs problēmas.
Diemžēl pēc viltus vakuuma sabrukuma Goos modelī Visums izrādījās vai nu ļoti neviendabīgs, vai tukšs. Fakts ir tāds, ka viltus vakuuma sabrukšana, tāpat kā verdošs ūdens tējkannā, notika jaunas fāzes burbuļu veidošanās dēļ. Lai atbrīvotā enerģija tiktu pārvērsta par siltumenerģija Visumam bija nepieciešama milzīgu burbuļu sienu sadursme, un tam vajadzēja izraisīt Visuma vienveidības un izotropijas pārkāpumu pēc inflācijas, kas ir pretrunā ar uzdevumu.
Lai gan Gus modelis nedarbojās, tas stimulēja jaunu scenāriju izstrādi piepūšamam Visumam.
Jauna inflācijas teorija
1981. gada vidū Linde piedāvāja pirmo versiju jaunam paplašinās Visuma scenārijam, pamatojoties uz detalizētāku fāzu pāreju analīzi Grand Unification modelī. Viņš nonāca pie secinājuma, ka dažās teorijās eksponenciālā izplešanās nebeidzas uzreiz pēc burbuļu veidošanās, lai inflācija varētu iet ne tikai pirms fāzes pārejas ar burbuļu veidošanos, bet arī pēc, jau to iekšienē. Šajā scenārijā tiek uzskatīts, ka novērojamā Visuma daļa atrodas vienā burbulī.
Jaunajā scenārijā Linde parādīja, ka uzsilšana pēc inflācijas notiek daļiņu veidošanās dēļ skalārā lauka svārstību laikā (skatīt zemāk). Tādējādi burbuļu sieniņu sadursmes, radot neviendabīgumu, kļuva nevajadzīgas, un tādējādi tika atrisināta Visuma liela mēroga viendabīguma un izotropijas problēma.
Jaunajā skriptā bija divi galvenie momenti: pirmkārt, burbuļu iekšienē esošā fizikālā stāvokļa īpašībām ir jāmainās lēnām, lai nodrošinātu piepūšanos burbuļa iekšpusē; otrkārt, vēlākos posmos ir jānotiek procesiem, kas nodrošina Visuma uzkaršanu pēc fāzes pārejas. Gadu vēlāk pētnieks pārskatīja savu jaunajā inflācijas teorijā piedāvāto pieeju un nonāca pie secinājuma, ka fāzu pārejas nemaz nav vajadzīgas, kā arī pārdzesēšana un viltus vakuums, no kā sākās Alans Huss. Tas bija emocionāls šoks, jo bija jāatsakās no idejām, kas tika uzskatītas par patiesām par karsto Visumu, fāzu pārejām un hipotermiju. Bija nepieciešams atrast jauns veids problēmu risināšana. Tad tika izvirzīta haotiskās inflācijas teorija.
Haotiska inflācija
Ideja, kas ir Lindes haotiskās inflācijas teorijas pamatā, ir ļoti vienkārša, taču, lai to izskaidrotu, mums jāievieš skalārā lauka jēdziens. Ir virziena lauki - elektromagnētiskais, elektriskais, magnētiskais, gravitācijas, bet var būt vēl vismaz viens - skalārs, kas nav nekur vērsts, bet vienkārši ir koordinātu funkcija.
Tuvākais (lai gan ne precīzs) skalārā lauka analogs ir elektrostatiskais potenciāls. Spriegums iekšā elektriskie tīkli ASV ir 110 V, bet Krievijā 220 V. Ja cilvēks ar vienu roku turētos pie amerikāņu stieples, bet ar otru – krievu, potenciālā starpība viņu nogalinātu. Ja spriegums visur būtu vienāds, tad potenciālu starpības nebūtu un strāva neplūstu. Tātad pastāvīgā skalārā laukā potenciālu starpības nav. Tāpēc mēs nevaram redzēt pastāvīgu skalāro lauku: tas izskatās kā vakuums, kuram dažos gadījumos var būt augsts enerģijas blīvums.
Tiek uzskatīts, ka bez šāda veida laukiem ir ļoti grūti izveidot reālistisku elementārdaļiņu teoriju. Pēdējos gados ir atklātas gandrīz visas daļiņas, ko paredz elektrovājās mijiedarbības teorija, izņemot skalāro. Šādu daļiņu meklēšana ir viens no galvenajiem mērķiem milzīgajam paātrinātājam, kas pašlaik tiek būvēts CERN, Šveicē.
Skalārais lauks bija gandrīz visos inflācijas scenārijos. Guss ieteica izmantot potenciālu ar vairākiem dziļiem kritumiem. Lindes jaunajai inflācijas teorijai vajadzēja potenciālu gandrīz līdzenai virsotnei, taču vēlāk haotiskajā inflācijas scenārijā izrādījās, ka pietiek ar parastu parabolu un viss nostrādāja.
Aplūkosim vienkāršāko skalāro lauku, kura potenciālās enerģijas blīvums ir proporcionāls tā lieluma kvadrātam, tāpat kā svārsta enerģija ir proporcionāla tā novirzes kvadrātam no līdzsvara stāvokļa:
Neliels lauks neko nezinās par Visumu un sāks svārstīties tuvu tā minimumam. Taču, ja lauks ir pietiekami liels, tad tas ripos lejup ļoti lēni, savas enerģijas dēļ paātrinot Visumu. Savukārt Visuma ātrums (un ne kādas daļiņas) palēninās skalārā lauka krišanu.
Tādējādi liels skalārais lauks noved pie augsta Visuma izplešanās ātruma. Lielais Visuma izplešanās ātrums neļauj laukam nokrist un tādējādi neļauj samazināties potenciālajam enerģijas blīvumam. Un lielais enerģijas blīvums turpina paātrināt Visumu ar arvien lielāku ātrumu. Šis pašpietiekošais režīms izraisa inflāciju, eksponenciāli strauju Visuma izplešanos.
Lai izskaidrotu šo apbrīnojamo efektu, ir kopīgi jāatrisina Einšteina vienādojums Visuma mēroga faktoram:
un skalārā lauka kustības vienādojums:
Šeit H ir tā sauktā Habla konstante, proporcionāla skalārā lauka enerģijas blīvumam ar masu m (šī konstante faktiski ir atkarīga no laika); G - gravitācijas konstante.
Pētnieki jau ir apsvēruši, kā skalārais lauks izturēsies melnā cauruma tuvumā un Visuma sabrukšanas laikā. Bet kādu iemeslu dēļ eksponenciālās paplašināšanas režīms netika atrasts. Un man vajadzēja tikai rakstīt pilnīgs vienādojums skalāram laukam, kas in standarta versija(tas ir, neņemot vērā Visuma izplešanos) izskatījās kā svārsta vienādojums:
Bet iejaucās kāds papildu termins - berzes spēks, kas bija saistīts ar ģeometriju; sākumā neviens to neņēma vērā. Tas ir Habla konstantes un lauka ātruma reizinājums:
Kad Habla konstante bija liela, arī berze bija liela, un skalārais lauks samazinājās ļoti lēni. Tāpēc Habla konstante, kas ir skalārā lauka funkcija, ilgu laiku gandrīz nemainījās. Einšteina vienādojuma risinājums ar lēni mainīgu Habla konstanti apraksta eksponenciāli strauji izplešas Visumu.
Šo Visuma eksponenciāli straujās izplešanās posmu sauc par inflāciju.
Kā šis režīms atšķiras no parastās Visuma izplešanās, kas piepildīta ar parasto vielu? Pieņemsim, ka ar putekļiem piepildītais Visums ir paplašinājies 2 reizes. Tad tā apjoms palielinājās 8 reizes. Tas nozīmē, ka 1 cm 3 ir 8 reizes mazāk putekļu. Ja mēs atrisinām Einšteina vienādojumu šādam Visumam, izrādās, ka pēc Lielā sprādziena vielas blīvums strauji kritās, un Visuma izplešanās ātrums strauji samazinājās.
Tas pats attiecas uz skalāro lauku. Bet tikmēr, kamēr lauks palika ļoti liels, tas sevi atbalstīja, kā barons Minhauzens aiz bizes izvilka sevi no purva. Tas bija iespējams berzes spēka dēļ, kas bija nozīmīgs pie lielām lauka vērtībām. Saskaņā ar jauna tipa teorijām Visums strauji paplašinājās, un lauks palika gandrīz nemainīgs; attiecīgi arī enerģijas blīvums nemainījās. Tātad paplašināšanās bija eksponenciāla.
Pamazām lauks samazinājās, samazinājās arī Habla konstante, berze kļuva maza, un lauks sāka svārstīties, radot elementārdaļiņas. Šīs daļiņas sadūrās, apmainījās ar enerģiju un pakāpeniski nonāca termodinamiskā līdzsvara stāvoklī. Tā rezultātā Visums kļuva karsts.
Bija tā, ka Visums jau no paša sākuma bija karsts. Šis secinājums tika izdarīts, pētot mikroviļņu starojums, kas tika interpretēts kā Lielā sprādziena un tam sekojošās atdzišanas sekas. Tad viņi sāka domāt, ka sākumā Visums bija karsts, tad notika inflācija, un pēc tam Visums atkal kļuva karsts. Taču haotiskās inflācijas teorijā pirmais karstais posms izrādījās lieks. Bet kāpēc mums ir vajadzīgs inflācijas posms, ja šī posma beigās Visums tik un tā kļuva karsts, kā tas bija vecajā Lielā sprādziena teorijā?
Eksponenciālā paplašināšanās
Ir trīs vienkārši Visuma modeļi: plakans, atvērts un slēgts. Plakans visums ir kā plakana galda virsma; paralēlas līnijas šādā Visumā vienmēr paliek paralēlas. Atvērtais Visums ir līdzīgs hiperboloīda virsmai, bet slēgtais Visums ir līdzīgs bumbiņas virsmai. Paralēlas līnijas šādā Visumā krustojas tā ziemeļu un dienvidu polos.
Pieņemsim, ka dzīvojam slēgtā Visumā, kas sākumā bija mazs kā bumba. Saskaņā ar Lielā sprādziena teoriju tas pieauga līdz pienācīgam izmēram, bet joprojām palika salīdzinoši mazs. Un saskaņā ar inflācijas teoriju niecīga bumbiņa eksponenciāla sprādziena rezultātā ļoti īsā laikā kļuva milzīga. Atrodoties uz tā, novērotājs redzētu plakanu virsmu.
Iedomājieties Himalajus, kur ir daudz dažādu izciļņu, plaisu, bezdibeņu, ieplaku, laukakmeņu, t.i., neviendabīgumu. Bet pēkšņi kāds vai kaut kas absolūti neticamā veidā palielināja kalnus līdz gigantiskiem apmēriem, vai arī mēs sarāvāmies, kā Alise Brīnumzemē. Tad, atrodoties Everesta virsotnē, mēs redzēsim, ka tas ir pilnīgi līdzens - tas ir it kā izstiepts, un neviendabīgumam vairs nav nekādas nozīmes. Kalni paliek, bet, lai uzkāptu vismaz vienu metru, jāiet neticami tālu. Tādējādi viendabīguma problēmu var atrisināt. Tas arī izskaidro, kāpēc Visums ir plakans, kāpēc paralēlas līnijas nekrustojas un kāpēc neeksistē monopoli. Paralēlas līnijas var krustoties un monopoli var pastāvēt, bet tikai tik tālu, ka mēs to neredzam.
Galaktiku rašanās
Mazais Visums kļuva kolosāls, un viss kļuva viendabīgs. Bet kā ar galaktikām? Izrādījās, ka Visuma eksponenciālās paplašināšanās gaitā nelielas kvantu svārstības, kas vienmēr pastāv pat tukšā telpā, pateicoties kvantu mehāniskās nenoteiktības principam, izstiepās līdz kolosāliem izmēriem un pārvērtās par galaktikām. Saskaņā ar inflācijas teoriju galaktikas ir palielinātu kvantu svārstību, t.i., pastiprināta un iesaldēta kvantu trokšņa, rezultāts.
Pirmo reizi uz šo apbrīnojamo iespēju norādīja FIAN pētnieki Vjačeslavs Fedorovičs Muhanovs un Genādijs Vasiļjevičs Čibisovs rakstā, kura pamatā bija Starobinska 1979. gadā piedāvātais modelis. Neilgi pēc tam līdzīgs mehānisms tika atklāts jaunajā inflācijas scenārijā un haotiskās inflācijas teorijā.
Punktotas debesis
Kvantu svārstības izraisīja ne tikai galaktiku rašanos, bet arī kosmiskā mikroviļņu fona starojuma anizotropijas rašanos ar aptuveni 2,7 K temperatūru, kas nonāk pie mums no attāliem Visuma reģioniem.
Mūsdienu mākslīgie zemes pavadoņi palīdz zinātniekiem izpētīt relikto starojumu. Visvērtīgākie dati iegūti, izmantojot WMAP kosmosa zondi ( Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde), nosaukts astrofiziķa Deivida Vilkinsona vārdā ( Deivids Vilkinsons). Tā aprīkojuma izšķirtspēja ir 30 reizes lielāka nekā tā priekšgājējam COBE kosmosa kuģim.
Iepriekš tika uzskatīts, ka debess temperatūra visur ir 2,7 K, taču WMAP spēja to izmērīt 10–5 K robežās ar augstu leņķisko izšķirtspēju. Saskaņā ar datiem, kas iegūti par pirmajiem 3 novērojumu gadiem, debesis izrādījās neviendabīgas: kaut kur karsts, bet kur aukstāks. Vienkāršākie inflācijas teorijas modeļi paredzēja viļņošanos debesīs. Bet līdz brīdim, kad teleskopi fiksēja tā smērēšanos, tika novērots tikai trīs grādu starojums, kas kalpoja kā visspēcīgākais karstā Visuma teorijas apstiprinājums. Tagad izrādījās, ka ar karstā Visuma teoriju nepietiek.
Bija iespējams iegūt fotogrāfijas ar pietūkušām kvantu svārstībām, kas parādījās 10–30 s pēc Visuma dzimšanas un ir saglabājušās līdz mūsdienām. Pētnieki ne tikai atklāja debesu plankumus, bet arī pētīja plankumu spektru, t.i., signāla intensitāti dažādos leņķiskos virzienos.
Radiācijas polarizācijas augstas precizitātes mērījumu rezultāti, kas veikti, izmantojot WMAP, apstiprināja Visuma paplašināšanās teoriju un ļāva noteikt, kad notika starpgalaktisko gāzu jonizācija, ko izraisīja pašas pirmās zvaigznes. No satelīta saņemtā informācija apstiprināja inflācijas teorijas nostāju, ka mēs dzīvojam lielā plakanā Visumā.
Attēlā sarkanā līnija parāda inflācijas teorijas prognozi, un melnie punkti atbilst WMAP eksperimentālajiem datiem. Ja Visums nebūtu plakans, tad grafika virsotne būtu pa labi vai pa kreisi.
Mūžīgs un bezgalīgs
Apskatīsim vēlreiz attēlu, kurā parādīts skalārā lauka vienkāršākais potenciāls (skat. iepriekš). Reģionā, kur skalārais lauks ir mazs, tas svārstās un Visums eksponenciāli neizplešas. Reģionā, kur lauks ir pietiekami spēcīgs, tas lēnām nokrīt, un uz tā parādās nelielas svārstības. Šobrīd notiek eksponenciāla paplašināšanās un inflācijas process. Ja skalārais lauks būtu vēl lielāks (atzīmēts grafikā zila krāsa), tad milzīgās berzes dēļ tā diez vai samazinātos, kvantu svārstības būtu milzīgas, un Visums varētu kļūt par fraktālisku.
Iedomājieties, ka Visums strauji izplešas, un kādā brīdī skalārais lauks tā vietā, lai ripotu līdz enerģijas minimumam, kvantu svārstību dēļ uzlec uz augšu (skat. iepriekš). Vietā, kur lauks lēca, Visums paplašinās eksponenciāli ātrāk. Maz ticams, ka zems lauks lēks, bet jo augstāks tas ir, jo lielāka ir šādas notikumu attīstības iespējamība un līdz ar to eksponenciāli lielāks jaunā apgabala apjoms. Katrā no šiem plakanajiem apgabaliem lauks var arī uzlēkt uz augšu, kas noved pie jaunu eksponenciāli augošu Visuma daļu radīšanas. Tā rezultātā mūsu pasaule tā vietā, lai izskatītos kā viena milzīga augoša bumbiņa, kļūst kā arvien augošs koks, kas sastāv no daudzām šādām bumbiņām.
Inflācijas teorija sniedz mums vienīgo pašlaik zināmo skaidrojumu par novērojamās Visuma daļas viendabīgumu. Paradoksāli, bet šī pati teorija paredz, ka ārkārtīgi lielā mērogā mūsu Visums ir absolūti neviendabīgs un izskatās kā milzīgs fraktālis.
Attēlā shematiski parādīts, kā viens uzpūšošais Visuma apgabals ģenerē arvien vairāk tā daļu. Šajā ziņā tas kļūst mūžīgs un sevi atjaunojošs.
Telpas-laika īpašības un elementārdaļiņu savstarpējās mijiedarbības likumi dažādos Visuma reģionos var būt dažādi, kā arī telpas izmēri un vakuuma veidi.
Šis fakts ir pelnījis sīkāku skaidrojumu. Saskaņā ar visvienkāršākā teorija ar vienu potenciālās enerģijas minimumu skalārais lauks nokrīt līdz šim minimumam. Tomēr reālistiskākas versijas pieļauj daudzus minimumus ar dažādu fiziku, kas atgādina ūdeni, kas var būt dažādos stāvokļos: šķidrā, gāzveida un cietā. Dažādas Visuma daļas var būt arī dažādos fāzes stāvokļos; tas ir iespējams inflācijas teorijā pat bez kvantu svārstībām.
Nākamais solis, kas balstās uz kvantu svārstību izpēti, ir pašatveseļojoša Visuma teorija. Šī teorija ņem vērā nepārtrauktu pietūkuma reģionu rekonstrukcijas procesu un kvantu lēcienus no viena vakuuma stāvokļa uz otru, šķirojot dažādas iespējas un dimensijas.
Tādējādi Visums kļūst mūžīgs, bezgalīgs un daudzveidīgs. Viss Visums nekad nesabruks. Tomēr tas nenozīmē, ka nav singularitātes. Gluži pretēji, ievērojama Visuma fiziskā tilpuma daļa vienmēr atrodas stāvoklī, kas ir tuvu vienskaitlim. Bet tā kā dažādi apjomi to iedod atšķirīgs laiks, vienots laiktelpas gals, pēc kura izzūd visi apgabali, nepastāv. Un tad jautājums par pasauļu daudzveidību laikā un telpā iegūst pavisam citu nozīmi: Visums var sevi bezgalīgi atražot visos tā iespējamajos stāvokļos.
Šis apgalvojums, kas tika balstīts uz Lindes darbu 1986. gadā, ieguva jaunu nozīmi pirms dažiem gadiem, kad stīgu teorētiķi (visu fundamentālo spēku teorijas vadošais kandidāts) secināja, ka šajā teorijā ir iespējami 10 100 -10 1000. dažādi vakuumi štatos. Šie stāvokļi atšķiras neparastās daudzveidības dēļ iespējamā ierīce pasaule īpaši mazos attālumos.
Kopā ar teoriju par pašdziedējošu inflācijas Visumu tas nozīmē, ka inflācijas laikā Visums sadalās bezgalīgi daudzās daļās ar neticami liela summa dažādas īpašības. Kosmologi šo scenāriju sauc par mūžīgo inflācijas multiversu teoriju ( multiversums), un stīgu teorētiķi to sauc par stīgu ainavu.
Pirms 25 gadiem inflācijas kosmoloģija izskatījās kā kaut kas starp fizisko teoriju un zinātnisko fantastiku. Laika gaitā daudzas šīs teorijas prognozes ir pārbaudītas, un tā pakāpeniski ieguva standarta kosmoloģiskās paradigmas iezīmes. Bet vēl ir pāragri nomierināties. Šī teorija turpina attīstīties un strauji mainīties. Galvenā problēma ir inflācijas kosmoloģijas modeļu izstrāde, pamatojoties uz elementārdaļiņu teorijas un stīgu teorijas reālistiskām versijām. Šis jautājums var būt atsevišķa ziņojuma priekšmets.
Tūlīt pēc tā dzimšanas Visums neticami strauji paplašinājās.
Kopš XX gadsimta 30. gadiem astrofiziķi jau ir zinājuši, ka saskaņā ar Habla likumu Visums paplašinās, kas nozīmē, ka tas sākās noteiktā pagātnes brīdī. Tāpēc astrofiziķu uzdevums ārēji izskatījās vienkāršs: izsekot visiem Habla paplašināšanās posmiem apgrieztā hronoloģijā, piemērojot atbilstošos fiziskos likumus katrā posmā, un, ejot šo ceļu līdz galam - precīzāk, līdz pašam sākumam. - lai precīzi saprastu, kā viss notika.
Tomēr 1970. gadu beigās vairākas fundamentālas problēmas saistībā ar agrīno Visumu palika neatrisinātas, proti:
- Antimatērijas problēma. Saskaņā ar fizikas likumiem matērijai un antimatērijai ir vienādas tiesības pastāvēt Visumā ( cm. Antidaļiņas), bet Visums gandrīz pilnībā sastāv no matērijas. Kāpēc tas notika?
- Horizonta problēma. Saskaņā ar kosmiskā starojuma fona ( cm. Lielais sprādziens), mēs varam noteikt, ka Visuma temperatūra visur ir aptuveni vienāda, bet tā atsevišķās daļas (galaktiku kopas) nevarēja saskarties (kā saka, tās atradās ārpusē). horizonts viens otru). Kā tas notika, ka starp viņiem tika izveidots termiskais līdzsvars?
- Telpas iztaisnošanas problēma.Šķiet, ka Visumam ir tieši tāda masa un enerģija, kas nepieciešama, lai palēninātu un apturētu Habla paplašināšanos. Kāpēc no visām iespējamām masām Visumam ir šī?
Šo problēmu risināšanas atslēga bija ideja, ka tūlīt pēc tā dzimšanas Visums bija ļoti blīvs un ļoti karsts. Visa matērija tajā bija karsti karsta kvarku un leptonu masa ( cm. Standarta modelis), kuru nebija iespējams apvienot atomos. Darbojas mūsdienu Visumā dažādi spēki(piemēram, elektromagnētiskie un gravitācijas spēki) tad atbilda vienam spēka mijiedarbības laukam ( cm. universālās teorijas). Bet, kad Visums paplašinājās un atdzisa, hipotētiskais vienotais lauks sadalījās vairākos spēkos ( cm. agrīnais Visums).
1981. gadā amerikāņu fiziķis Alans Gūts saprata, ka spēcīgas mijiedarbības atdalīšana no vienota lauka, kas notika apmēram 10-35 sekundes pēc Visuma dzimšanas (padomājiet - tās ir 34 nulles un viens aiz komata!), Tas bija pagrieziena punkts tās attīstībā. noticis fāzes pāreja matērija no viena stāvokļa uz otru Visuma mērogā - parādība, kas līdzīga ūdens pārvēršanai ledū. Un tāpat kā ūdenim sasalstot, tā nejauši kustīgās molekulas pēkšņi “saķeras” un veido stingru kristālisku struktūru, tā arī atbrīvoto spēcīgo mijiedarbību ietekmē notika momentāna pārstrukturēšanās, sava veida matērijas “kristalizācija” Visumā.
Kurš redzēja, kā viņi pārsprāga ūdens caurules vai automašīnas radiatora caurules stiprā salnā, tiklīdz ūdens tajās pārvēršas ledū, viņš no savas pieredzes zina, ka ūdens, sasalstot, izplešas. Alans Guts spēja parādīt, ka, atdalot stipro un vājo mijiedarbību, Visumā notika kaut kas līdzīgs – lēcienam līdzīga izplešanās. Šo paplašinājumu sauc inflācijas, daudzkārt ātrāk nekā parastā Habla paplašināšana. Apmēram 10-32 sekundēs Visums paplašinājās par 50 kārtībām – tas bija mazāks par protonu un kļuva greipfrūta lielumā (salīdzinājumam: kad ūdens sasalst, tas izplešas tikai par 10%). Un šī Visuma straujā inflācijas paplašināšanās novērš divas no trim iepriekš minētajām problēmām, tās tieši izskaidrojot.
Risinājums telpas iztaisnošanas problēmas To vislabāk ilustrē šāds piemērs: iedomājieties koordinātu režģi, kas uzzīmēts uz plānas elastīgas kartes, kas pēc tam tiek nejauši saburzīta. Ja tagad paņemsim un stipri sakratisim šo krokoto elastīgo karti, tā atgriezīsies līdzenā formā, un koordinātu līnijas uz tās tiks atjaunotas neatkarīgi no tā, cik ļoti mēs to deformējām, kad to saburzījām. Tāpat, neatkarīgi no tā, cik izliekta bija Visuma telpa tās inflācijas izplešanās sākuma brīdī, galvenais ir tas, ka šīs izplešanās beigās telpa izrādījās pilnībā iztaisnota. Un tā kā mēs no relativitātes teorijas zinām, ka telpas izliekums ir atkarīgs no tajā esošās vielas un enerģijas daudzuma, kļūst skaidrs, kāpēc Visumā matērijas ir tikai tik daudz, lai līdzsvarotu Habla izplešanos.
Izskaidro inflācijas modeli un horizonta problēma, lai gan ne tik tieši. No melnā ķermeņa starojuma teorijas mēs zinām, ka ķermeņa izstarotais starojums ir atkarīgs no tā temperatūras. Tādējādi no attālo Visuma daļu emisijas spektriem mēs varam noteikt to temperatūru. Šādi mērījumi deva satriecošus rezultātus: izrādījās, ka jebkurā novērojamā Visuma punktā temperatūra (ar mērījumu kļūdu līdz četrām zīmēm aiz komata) ir vienāda. Pamatojoties uz parastās Habla paplašināšanās modeli, vielai tūlīt pēc Lielā sprādziena vajadzēja būt pārāk tālu izkliedētai, lai temperatūra izlīdzinātu. Saskaņā ar inflācijas modeli, Visuma matērija līdz brīdim t = 10 -35 sekundes palika daudz kompaktāka nekā Habla izplešanās laikā. Ar šo ārkārtīgi īso periodu pilnīgi pietika, lai izveidotu termisko līdzsvaru, kas inflācijas ekspansijas stadijā nebija izjaukts un ir saglabājies līdz mūsdienām.
Amerikāņu fiziķis, elementārdaļiņu un kosmoloģijas speciālists. Dzimis Ņūbransvikā, Ņūdžersijā. Doktora grādu ieguvis Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā, kur atgriezās 1986. gadā, kļūstot par fizikas profesoru. Guts izstrādāja savu teoriju par Visuma inflācijas izplešanos vēl Stenfordas universitātē, strādājot pie elementārdaļiņu teorijas. Pazīstams ar savu apskatu par Visumu kā "bezgalīgu pašsaliekamu galdautu".