sonsuz enflasyon - Eternal inflation

Ebedi şişme , kendisi Büyük Patlama teorisinin bir uzantısı veya uzantısı olan varsayımsal şişirici bir evren modelidir .

Ebedi şişmeye göre, evrenin genişlemesinin şişme aşaması evrenin çoğu boyunca sonsuza kadar sürer. Bölgeler katlanarak hızla genişlediğinden, herhangi bir zamanda evrenin hacminin çoğu şişer. Ebedi şişme, bu nedenle, yalnızca önemsiz bir fraktal hacmin şişmeyi sonlandırdığı varsayımsal olarak sonsuz bir çoklu evren üretir .

Enflasyon modelinin ilk araştırmacılarından Paul Steinhardt , sonsuz enflasyonun ilk örneğini 1983 yılında ortaya koymuş ve Alexander Vilenkin bunun jenerik olduğunu göstermiştir.

Alan Guth'un 2007 tarihli "Ebedi enflasyon ve etkileri" başlıklı makalesi, makul varsayımlar altında "Enflasyon genel olarak geleceğe ebedi olsa da, geçmişe doğru ebedi değildir" diyor. Guth, o sırada konu hakkında bilinenleri ayrıntılı olarak açıkladı ve sonsuz enflasyonun, sonsuz enflasyonun Steinhardt tarafından ilk kez tanıtılmasından 20 yıldan fazla bir süre sonra, hala enflasyonun olası sonucu olarak kabul edildiğini gösterdi.

genel bakış

Teorinin gelişimi

Ana madde: Kabarcık çekirdeklenmesi

Enflasyon veya enflasyonist evren teorisi, başlangıçta, aksi takdirde başarılı bir kozmoloji teorisi olarak kabul edilen Big Bang modeliyle ilgili kalan birkaç sorunun üstesinden gelmenin bir yolu olarak geliştirildi.

1979'da Alan Guth, evrenin neden düz ve homojen olduğunu açıklamak için evrenin şişme modelini tanıttı (bu, maddenin ve radyasyonun geniş ölçekte düzgün dağılımını ifade eder). Temel fikir, evrenin Büyük Patlama'dan birkaç dakika sonra hızla hızlanan bir genişleme periyodu geçirdiğiydi. Enflasyonun başlamasına neden olacak bir mekanizma önerdi: sahte vakum enerjisi. Guth, "enflasyon" terimini icat etti ve teoriyi dünya çapındaki diğer bilim adamlarıyla ilk tartışan kişi oldu.

Guth'un orijinal formülasyonu sorunluydu, çünkü şişme çağını sona erdirmenin ve bugün gözlemlenen sıcak, izotropik , homojen evrene varmanın tutarlı bir yolu yoktu . Sahte vakum, ışık hızında genişleyen "gerçek vakum"un boş "kabarcıkları"na dönüşebilse de, boş baloncuklar evreni yeniden ısıtmak için birleşemezdi çünkü kalan şişen evrene ayak uyduramazlardı.

1982'de, bu " zarif çıkış sorunu ", Andrei Linde ve Andreas Albrecht ve Paul J. Steinhardt tarafından bağımsız olarak çözüldü. Bu kişiler, şişirmenin boş baloncuklar oluşturmadan nasıl sonlandırılacağını ve bunun yerine, sıcak genişleyen bir evrenle sonuçlanacağını gösterdi. Temel fikir, herhangi bir baloncuk oluşturmadan sürekli bir "yavaş-yuvarlanma" veya sahte vakumdan gerçeğe yavaş bir evrime sahip olmaktı. Geliştirilmiş modele "yeni enflasyon" adı verildi.

1983'te Paul Steinhardt, bu "yeni enflasyonun" her yerde sona ermek zorunda olmadığını gösteren ilk kişiydi. Bunun yerine, yalnızca sonlu bir yamada veya madde ve radyasyonla dolu bir sıcak balonda sona erebilir ve bu şişme, yol boyunca sıcak balondan sonra sıcak balon üretirken evrenin çoğunda devam eder. Alexander Vilenkin, kuantum etkileri uygun şekilde dahil edildiğinde, bunun aslında tüm yeni şişirme modelleri için genel olduğunu gösterdi.

Steinhardt ve Vilenkin tarafından ortaya atılan fikirleri kullanan Andrei Linde, 1986'da bu fikirleri Kaotik Enflasyon teorisi veya sonsuz enflasyon olarak bilinen şeyin ayrıntılı bir tanımını sağlamak için kullanan alternatif bir enflasyon modeli yayınladı.

Kuantum dalgalanmaları

Yeni şişirme, şişirme sırasındaki kuantum dalgalanmaları nedeniyle mükemmel simetrik bir evren üretmez. Dalgalanmalar, uzayda farklı noktalarda enerji ve madde yoğunluğunun farklı olmasına neden olur.

Varsayımsal şişme alanındaki kuantum dalgalanmaları, sonsuz şişmeden sorumlu olan genişleme oranında değişiklikler üretir. Enflasyonun diğer bölgelerde sona erme doğal eğilimine rağmen, daha yüksek enflasyon oranına sahip bölgeler daha hızlı genişler ve evrene hakim olur. Bu, enflasyonun sonsuza kadar devam etmesine, gelecekteki sonsuz enflasyonu üretmesine izin verir. Basitleştirilmiş bir örnek olarak, şişirme sırasında, şişirme alanının doğal bozulma hızının , kuantum dalgalanmasının etkisiyle karşılaştırıldığında yavaş olduğunu varsayalım . Bir mini evren şiştiğinde ve örneğin orijinal mini evrene eşit büyüklükte nedensel olarak bağlantısız yirmi mini evrene "kendi kendini çoğalttığında", belki de yeni mini evrenlerden dokuzu daha küçük yerine daha büyük olacaktır. orijinal mini evrenden daha ortalama şişirme alanı değeri, çünkü orijinal mini evrenin bölgelerinden şiştiler, burada kuantum dalgalanması şişirme değerini yavaş enflasyon düşüş oranından daha fazla yukarı itti, şişirme değerini düşürdü. Başlangıçta belirli bir şişirme değerine sahip bir mini evren vardı; şimdi biraz daha büyük şişirme değerine sahip dokuz mini evren var. (Elbette, şişirme değerinin başlangıçta olduğundan biraz daha düşük olduğu on bir mini evren de vardır.) Daha büyük şişirme alanı değerine sahip her mini evren, kendi içinde benzer bir yaklaşık kendini yeniden üretme turunu yeniden başlatır. (Düşük şişirme değerlerine sahip mini evrenler de, şişirme değeri, bölgenin enflasyondan düşüp kendi kendini yeniden üretmeyi durduracak kadar küçük olmadıkça üreyebilir.) Bu süreç süresiz olarak devam eder; dokuz yüksek şişirme mini evren 81 olabilir, sonra 729... Böylece sonsuz şişme var.

1980'de, Sovyetler Birliği'nde Viatcheslav Mukhanov ve Gennady Chibisov tarafından, Alexei Starobinsky'nin değiştirilmiş yerçekimi modeli bağlamında, galaksileri oluşturmak için olası tohumlar olarak kuantum dalgalanmaları önerildi .

Enflasyon bağlamında, kuantum dalgalanmaları ilk olarak Cambridge Üniversitesi'ndeki Çok Erken Evren Üzerine Üç haftalık 1982 Nuffield Çalıştayında analiz edildi. Dalgalanmaların ortalama gücü ilk olarak çalıştay boyunca ayrı ayrı çalışan dört grup tarafından hesaplandı: Stephen Hawking ; Starobinsky; Guth ve So-Young Pi; ve James M. Bardeen , Paul Steinhardt ve Michael Turner .

Nuffield Atölyesinde elde edilen ilk hesaplamalar, yalnızca büyüklüğü enflasyonu etkilemek için çok küçük olan ortalama dalgalanmalara odaklandı. Ancak, Steinhardt ve Vilenkin tarafından sunulan örneklerle başlayarak, aynı kuantum fiziğinin daha sonra, enflasyon oranını artıran ve enflasyonun sonsuza kadar devam etmesini sağlayan ara sıra büyük dalgalanmalar ürettiği gösterildi.

Gelişmeler

Anna Ijjas ve Paul Steinhardt, 2013'teki Planck Uydu verilerini analiz ederken, en basit ders kitabı enflasyonist modellerinin elimine edildiğini ve kalan modellerin katlanarak daha iyi ayarlanmış başlangıç ​​koşulları, ayarlanması gereken daha fazla parametre ve daha az enflasyon gerektirdiğini gösterdi. Daha sonra 2015 yılında rapor edilen Planck gözlemleri bu sonuçları doğruladı.

Kohli ve Haslam'ın 2014 tarihli bir makalesi, kuantum dalgalanmalarının Gauss beyaz gürültüsü olarak modellendiği Linde'nin kaotik enflasyon teorisini analiz ederek sonsuz enflasyon teorisinin uygulanabilirliğini sorguladı. Bu popüler senaryoda, sonsuz şişmenin aslında sonsuz olamayacağını ve rastgele gürültünün uzay-zamanın tekilliklerle dolmasına yol açtığını gösterdiler. Bu, Einstein alan denklemlerinin çözümlerinin sonlu bir zamanda birbirinden ayrıldığını göstererek gösterildi. Bu nedenle makaleleri, rastgele kuantum dalgalanmalarına dayanan sonsuz şişme teorisinin geçerli bir teori olmayacağı ve sonuçta ortaya çıkan bir çoklu evrenin varlığının "hala çok daha derin araştırma gerektirecek açık bir soru" olduğu sonucuna vardı.

Enflasyon, sonsuz enflasyon ve çoklu evren

1983'te, şişmenin sonsuz olabileceği gösterildi; bu, uzayın, özellikleri yamadan yamaya farklılık gösteren ve tüm fiziksel olasılıkları kapsayan kabarcıklara veya yamalara bölündüğü bir çoklu evrene yol açtı .

Ebedi enflasyonun ilk örneğini üreten Paul Steinhardt, sonunda teorinin güçlü ve sesli bir muhalifi oldu. Çoklu evrenin enflasyon teorisinin bir çöküşünü temsil ettiğini savundu, çünkü bir çoklu evrende herhangi bir sonuç eşit derecede mümkündür, bu nedenle enflasyon hiçbir tahminde bulunmaz ve dolayısıyla test edilemez. Sonuç olarak, enflasyonun bilimsel bir teori için kilit bir koşulda başarısız olduğunu savundu .

Ancak hem Linde hem de Guth, enflasyonist teoriyi ve çoklu evreni desteklemeye devam etti. Guth açıkladı:

Çoklu evrene yol açmayan enflasyon modelleri oluşturmak zor. İmkansız değil, bu yüzden hala kesinlikle yapılması gereken araştırmalar olduğunu düşünüyorum. Ancak çoğu enflasyon modeli bir çoklu evrene yol açar ve enflasyona ilişkin kanıtlar bizi çoklu evren fikrini ciddiye almaya itecektir.

Linde'ye göre, "Bir çoklu evrene izin vermeyen enflasyon modelleri icat etmek mümkündür, ancak bu zordur. Enflasyon teorisine daha fazla güven getiren her deney, bizi çoklu evrenin gerçek olduğuna dair ipuçlarına daha da yaklaştırıyor."

2018'de merhum Stephen Hawking ve Thomas Hertog , Hawking'in teorilerini "makul derecede pürüzsüz ve küresel olarak sonlu" olan evrenler verdiğini açıklarken, sonsuz bir çoklu evren ihtiyacının ortadan kalktığı bir makale yayınladılar. Teori , sonsuz şişmenin zamansız durumundan bir 'çıkış düzlemi' tanımlamak için holografik ilkeyi kullanır, düzlemde oluşturulan evrenler , sınırsız dalga fonksiyonunun yeniden tanımlanması kullanılarak tanımlanır, aslında teori, bir sınır gerektirir. zamanın başlangıcı. Basitçe ifade edilen Hawking, bulgularının "çoklu evrende önemli bir azalmaya işaret ettiğini" ve Cambridge Üniversitesi'nin işaret ettiği gibi, teoriyi yerçekimi dalgası astronomisini kullanarak "öngörülebilir ve test edilebilir" hale getirdiğini söylüyor .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar