Инфляционная модель

Краткие сведения об инфляционной модели Вселенной

Инфляционная модель Вселенной появилась относительно недавно. Открытие закона Хаббла указывало на факт, что Вселенная находится в состоянии постоянного расширения. Однако, ученым было ясно, что этому процессу расширения Вселенной предшествовало какое-то событие, ставшее началом. Поэтому ученые предприняли попытку воспроизведения процесса формирования Вселенной с применением физико-математических законов для того. В процессе разработки теории формирования Вселенной возник ряд вопросов:

• как объяснить, что во Вселенной так мало антивещества, которое должно состоять в равной пропорции с веществом
• почему температура всех областей Вселенной одинакова
• почему Вселенной характерно наличие именно такой массы и энергии, которая обладает способностью замедления хаббловского расширения.

Рисунок 1. Инфляционная модель Вселенной. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В процессе поиска ответов на возникшие вопросы учены создали стандартную модель горячей Вселенной, согласно которой Вселенная в самом начале своего возникновения являлась очень горячей и плотной, и в ней находилось единое поле взаимодействия всех частиц. Позже, когда Вселенная расширилась, и ее температура снизилась, существовавшее поле распалось на фундаментальные взаимодействия – электромагнитное, гравитационное, сильное, слабое. Это позволило частицам, составляющим первобытную Вселенную, объединяться в более сложные структуры, такие, как атомы.

В 1981 году А. Гут определил, что выделение сильных взаимодействий из общего поля и процесс фазового перехода первоначального вещества Вселенной из одного состояния в другое случился приблизительно спустя 10–35 секунд после зарождения Вселенной.

А. Гут также предположил, что в начале процесса формирования Вселенной случилось скачкообразное расширение, что позволило Вселенной расшириться до 50 раз. Эта теория получила название инфляционной модели Вселенной. Эта модель позволяет найти ответ на вопрос о том, почему Вселенная имеет именно такую массу и энергию, способную замедлить хаббловское расширение. Кроме того, инфляционная модель Вселенной дает возможность ответить и на вопрос о том, почему температура всех областей Вселенной является одинаковой.

Однородность и изотропность Вселенной

Хаббловское расстояние и размеры наблюдаемой Вселенной совпадают, что говорит о том, что из-за конечности возраста нашей Вселенной и скорости света можно наблюдать сейчас только те области Вселенной, которые находятся на равном или меньшем расстоянии горизонта наблюдений.

На самой ранней стадии развития Вселенной – в Планковскую эпоху Большого взрыва в Вселенной существовало примерно $10^{90}$ областей, которые не имели взаимодействия и причинной связи друг с другом. Сходство первоначальных условий в таком бесконечно большом числе областей является маловероятным. Эта проблема схожести первоначальных условий в несвязанных областях остается и в более поздние периоды Большого взрыва. К примеру, если рассматривать период рекомбинации, то можно было бы говорить об анизотропности реликтового излучения, однако наблюдения свидетельствуют о том, что оно является в достаточно высокой степени изотропным.

Последние научные данные свидетельствуют о том, что плоскость Вселенной близка к критической плоскости, когда кривизна пространства рана нулю. Научная гипотеза гласит, что отклонение плотности Вселенной от критической должно увеличиваться с течением времени. Чтобы достоверно объяснить пространственную кривизну в рамках стандартной модели Вселенной нужно принять отклонение ее плотности в Планковскую эпоху. То есть стандартная модель горячей Вселенной не может дать объяснение плоскости Вселенной, а инфляционная модель дает такую возможность.

Постулаты модели инфляционной Вселенной гласят, что независимо от степени искривления пространства Вселенной в момент ее инфляционного расширения, к моменту завершения этого расширения пространство оказалось практически полностью прямым.

Согласно общей теории относительности А. Эйнштейна, кривизна пространства находится в зависимости от количества энергии и материи, находящихся в нем. Это обусловило количество материи, достаточное для уравновешивания хаббловского расширения.

Чтобы образовалась такая четкая иерархическая система необходимо наличие определенной формы спектра и апмлитуды первичных колебаний. Эти параметры принимаются в рамках стандартной модели.

Недостатки инфляционной теории

Инфляционная теория, также, как и другие теории, подвергалась критике со стороны ряда ученых. Одним из критиков данной модели Вселенной является астрофизик Р. Пенроуз, который считает, что несмотря на успешность теории и вызываемый ею интерес, в ней существуют некоторые недостатки. А именно, инфляционная теория не дает веских обоснований того, что возмущения плотности в период доинфляционной стадии являлись настолько малыми, чтобы по истечении процесса инфляции образовалась наблюдаемая степень однородности Вселенной.

Еще одним недостатком инфляционной теории является объяснение кривизны пространства. Согласно гипотезе, кривизна пространства в момент инфляции существенно уменьшается, однако это не помешало кривизне пространства принять настолько большое значение, чтобы проявляться и на современном этапе развития Вселенной.

Экспериментальное подтверждение инфляционной модели Вселенной

Существуют косвенные подтверждения состоятельности инфляционной модели Вселенной, полученные в ходе проведенного в 2014 оду научного эксперимента. В частности, таким подтверждением является поляризация реликтового излучения, которая, по мнению ученых, могла быть вызвана первичными гравитационными возмущениями.

Однако, в результате схожего эксперимента, проведенного позднее коллективом других ученых при помощи космической обсерватории – спутника «Планк», было выявлено, что результат первого эксперимента можно отнести к межгалактической пыли, а не к влиянию гравитационных колебаний.