Enflasyonist evren sadece bilim değil, aynı zamanda evrenin başlangıcıdır.
Enflasyonist evrenin bilimsel bir teori (enflasyonist evrenin Büyük Patlama teorisinin güncellenmiş bir versiyonu) olması için üç şey yapılmalıdır: birincisi, önceki tüm başarılı teoriler kopyalanmalı; ikincisi, yeni bir fenomen açıklanmalı ve bu fenomen şu anda Değiştirmek isteyeceğiniz teorik bir açıklama yok; üçüncüsü, yeni bir tahmin yapmanız gerekir ve sonra yeni fikrin tamamen farklı bir şeyi nerede tahmin edebileceğini veya mevcut bir teoriden ilham alabileceğini test edebilirsiniz.
Bugün gördüğümüz yıldızlar ve galaksiler her zaman mevcut değildir, bizden ne kadar uzaklaşırsa evren bariz bir tekilliğe o kadar yakın olur, ancak bu çıkarım sınırlıdır. Zamanda geriye gitmek istiyorsanız, büyük patlamayı düzeltmeniz gerekir: evren genişler. Telif hakkı: NASA, ESA ve A. Feild (STScI)
Bu yaklaşım bilimdir ve bunu başarılı bir şekilde yapmak enstitünün yeni ve öncü bir bilimsel teorisi olacaktır. Son zamanlarda pek çok seçkin fizikçi, enflasyonist evren teorisine karşı çıktı.Bazıları bunun bir bilim olmadığını iddia ediyor, ama öyle değil. Şişirici evren teorisi sadece bir bilim değil, şimdi evrenimizin kökeni hakkındaki temel bilimsel teoridir.
Bugün gözlemlenen genişleyen evren, daha küçük, daha sıcak, daha yoğun ve daha tekdüze bir durumdan üretilen galaksiler ve karmaşık yapılarla doludur. Telif hakkı: C. Faucher-Giguère, A. Lidz ve L. Hernquist, Science 319, 5859 (47)
Big Bang, bilim adamlarının kozmik mikrodalga arka planını gözlemledikleri 1960'larda ilk kez doğrulandı. Evrenin son parıltısının ilk keşfinden beri - kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu. Bilim adamları, erken dönemdeki sıcak ve yoğun durum tahminlerinden itibaren, Big Bang'in tahminini birçok önemli yöntemle doğrulayıp doğrulayabildiler. Evrenin büyük ölçekli yapısı, milyarlarca yıl boyunca yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında oluşan neredeyse özdeş geçmiş durumla tutarlıdır. Hubble'ın kırmızıya kayması ve uzak geçmişin sıcaklığı, farklı madde ve enerji türleriyle dolu genişleyen, soğuyan bir evrenle ilişkilidir. Hidrojen, helyum, lityum ve bunların çeşitli izotoplarının bolluğu, erken, sıcak ve yoğun durumun tahminiyle tutarlıdır ve büyük patlamadan kalan ışığın siyah cisim spektrumu, gözlem sonuçlarımızla tam olarak eşleşir.
Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu ve onun dalga modeli, bize evrenin eğriliğini ölçmek için bir yol sağlar. Ölçülen en iyi durumda, evren uzayda yaklaşık 400 civarında tamamen düzdür. Telif hakkı: Smoot Cosmology Group / Lawrence Berkeley Labs
Ancak birçok olay gözlemlendi, ancak Büyük Patlama'nın bir açıklaması yok. Aslında evren hemen hemen her yönden aynı sıcaklıktadır, bu teorik temeli olmayan gözlemsel bir gerçektir. Evren her yönden uzamsal olarak düz görünüyor (pozitif veya negatif eğilmeden ziyade) Bu, açıklanamayan başka bir gerçektir. Evren keyfi olarak sıcak ve yoğun bir durumdan başlarsa, hayal edemediğimiz manyetik tek kutuplar gibi yüksek enerjili kalıntılar kalmaz.
Kozmik mikrodalga arkaplanın dalgalanması çok küçük ve çok özel. Evrenin başlangıcındaki sıcaklığın aynı olduğuna şiddetle işaret ediyor, ki bu da Big Bang'in bir açıklaması olmadığı bir gerçektir. Telif hakkı: ESA ve Planck Collaboration
Başka bir deyişle, bu, Büyük Patlama'nın başarısına rağmen, evrenin kökenini tam olarak açıklayamayacağı anlamına gelir. Ya da bu açıklanamayan fenomenlere ve varsayımlara bakabiliriz, belki evren bu şekilde doğmuştur ya da bilimsel teoriler için gerekliliklerimizi karşılayan bir açıklama bulabiliriz. Alan Guth'un 1979'da evren genişlemesi kavramına ilk kez rastladığında yaptığı tam olarak buydu.
1979'da Alan Guth, evren tarihindeki üstel genişleme dönemlerinin Büyük Patlama için başlangıç koşulları oluşturabileceğini ve sağlayabileceğini keşfetti. Telif hakkı: Alan Guthun 1979 not defteri, @SLAClab aracılığıyla tweet attı
Evrenin genişlemesinin önemli bir kavramı, madde ve radyasyon dolu evrenin milyarlarca yıl boyunca genişleyip soğuması ve bizim bildiğimiz haliyle gözlemlenebilir evren önünde çok farklı bir halden ortaya çıkmasıdır. Uzay, madde ve radyasyonla dolu olmaktan ziyade vakum enerjisi ile doludur, bu da onun sadece hızlı bir şekilde genişlemesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda katlanarak artmasını sağlar, bu da, evrenin genişlemesi devam ettikçe, genişleme hızının zamanla azalmayacağı anlamına gelir. Ancak evrenin genişlemesi sona erdiğinde, bu boşluk enerjisi madde, antimadde ve radyasyona ve ayrıca termal büyük patlamanın sonucuna dönüşecektir.
Bu çizim, enflasyonun geleceğe (mavi) ve sonuna doğru devam ettiği, büyük bir patlama ve bizimki gibi bir evren (kırmızı X) yarattığı bölgeyi göstermektedir. Bunun sonsuza kadar geriye gidebileceğini, ancak asla bilemeyeceğimizi unutmayın. Resim: E. Siegel / Galaksinin Ötesinde
Genel olarak, evrenin genişlemesi doğruysa, bu üç sorunun çözülebileceği, yani Büyük Patlama'nın yalnızca başlangıç koşullarını üstlenebileceği kabul edilir: ufuk (sıcaklık), düzlük (eğrilik) ve tek kutup (kalıntı eksikliği). 1980'lerin başlarında, birçok araştırma çalışması ilk standarda ulaştı: büyük patlamayı yeniden üretmek. Anahtar, gözlemlediklerimizle tutarlı koşullara sahip, izotropik, tek tip bir evrene ulaşmaktır.
En basit iki genişleme türü kaotik genişleme (L) ve yeni genişlemedir (R). Resim: E. Siegel / Google Graph
Birkaç yıl sonra iki genel model vardı ve başardılar:
1. "Evrenin yeni genişlemesi" modeli, yani boşluk enerjisi zirveden başlar ve evren aşağı doğru genişlediğinde sona erer.
3. "Evrenin kaotik genişlemesi" modeli: Boşluk enerjisi bir paraboloidin iki ucundan yükselmeye başlar ve enflasyonu sona erdirmek için zirvelere ve vadilere ulaşır.
Her iki model türü de Büyük Patlama'nın başarısını yeniden üretir, ancak aynı zamanda gözlemlenebilir evren için birçok benzer ve oldukça yaygın tahminlerde bulunur.
Evrenin Büyük Patlama'dan önceki ilk aşaması, bugün gördüğümüz her şeyin başlangıç durumundan başladığı zamandır. Resim: E. Siegel, ESA / Planck ve CMB araştırmasında DoE / NASA / NSF kurumlar arası görev gücünden elde edilen görüntülerle
1. Evren neredeyse tamamen düz olmalıdır
Düzlük sorunu ilk sorunlardan biriydi, ancak o zamanki kısıtlamalar çok zayıftı. Evrenin% 100'ü maddedir ve eğrilik% 0,% 5 madde olabilir,% 95 eğrilik veya arada bir yerde olabilir. Genel olarak konuşursak, evrenin% 100 genişlemesinin tahmini "madde artı her şeyi" gerektirir, ancak eğrilik% 0.01 ile% 0.0001 arasında olmalıdır. Bu tahmin,% 5'in madde,% 27'nin karanlık madde ve karanlık enerjinin% 68 olduğu ve eğriliğin% 0.25 veya daha az olduğu CDM modeli ile doğrulanmıştır. Gözlemler iyileşmeye devam ettikçe, bir gün enflasyon tarafından tahmin edilen sıfır olmayan eğriliği ölçebilir.
2. Neredeyse sabit bir spektrum olmalıdır
Kuantum fiziği doğruysa, evren genişledikçe kuantum dalgalanmaları da yaşamalıdır. Bu dalgalanmalar geometrik olarak evrene yayılmalıdır. Genişleme sona erdiğinde, bu dalgalanmalar madde ve radyasyona dönüşerek aşırı yoğunluklu ve düşük yoğunluklu alanlara yol açacak ve bu alanlar yıldızlar ve galaksiler veya devasa kozmik uzay olacak. Genişlemenin son aşamasında evrenin daralması nedeniyle, genişleme modeline bağlı olarak dalgalanmalar küçük veya büyük ölçeklerde biraz daha büyük olmalıdır, bu da mükemmel ölçeğin değişmezliğinden hafif bir sapma olması gerektiği anlamına gelir. Ölçek değişmezliği doğruysa, n_s dediğimiz parametre 1'e eşit olacaktır; n_s'nin 0,96 olduğu gözlendi ve WMAP 2000 yılına kadar ölçülmedi.
3. Büyük Patlama'dan sonra ışıktan daha hızlı dalgalanmalar olmalı
Bu, evrenin genişlemesinin başka bir sonucudur, ancak evrenin ölçeği dışında hiçbir şey olmadan büyük ölçekte tutarlı bir dalga elde etmenin bir yolu yoktur. Bu dalgalanmalar, kozmik mikrodalga arka planında ve evrenin geniş ölçekli yapısında görülüyor. 1990'larda ve 21. yüzyılda COBE ve WMAP uydularına kadar bu dalgalanmaların bilinmesi, evrenin genişlemesini daha da doğrulamıştı.
4. Kuantum dalgalanmaları, sıcak olması gereken yoğunluk dalgalanmalarına dönüştürülür.
Dalgalanmalar farklı türlerde olabilir: sıcak, ektopik veya ikisinin karışımı. Evrenin genişlemesi, gözlemlerle de teyit edildiği üzere, bu dalgalanmaların% 100 sıcak olması gerektiğini öngörüyor, bu da kozmik mikrodalga arka planında ve evrenin geniş ölçekli yapısında benzersiz özellikler bırakacak. Aslında, dalgalanmalar sıcak ve entropi her yerde.
5. Uzak geçmişte, evrenin sıcaklığının bir üst limiti olmalıdır.
Bu aynı zamanda kozmik mikrodalga arka planında görünen bir sinyaldir: Evrenin en sıcak zamanında sıcaklığı ne kadar yüksek? Genişleme yoksa, evren erkenden tekilliğe yakın keyfi bir yüksek sıcaklığa ulaşmalıdır. Ancak şişirme ile maksimum sıcaklık Planck ölçeğinden (~ 1019 GeV) daha düşük olmalıdır. Gözlemden görebildiğimiz şey, evrenin herhangi bir zamanda yaklaşık% 0,1'lik (~ 1016 GeV) bir sıcaklığa ulaştığıdır, bu da bir dizi genişlemeyi doğrular. Bu, tek kutuplu sorun için Gus'ın başlangıçta beklediğinden daha iyi bir çözümdür.
6. Sonunda, belirli bir spektruma sahip bir dizi ilkel yerçekimi dalgası olmalıdır.
Neredeyse tamamen değişmez bir yoğunluk dalgalanma spektrumuna sahip olduğumuz gibi, genişleme, genel göreliliğin, yani kütleçekim dalgalarının tensör dalgalanmalarını tahmin eder. Bu dalgalanmaların büyüklüğü, evrenin genişlemesine bağlıdır, ancak spektrumun benzersiz bir öngörü seti vardır ve bu altıncı tahmin, hiçbir şekilde doğrulanmamış olan tek tahmin.
Kozmik mikrodalga arkaplanında yerçekimi dalgalarının genişlemeden b-tipi polarizasyona etkisi bilinen bir şekle sahiptir, ancak genliği spesifik şişirme modeline bağlıdır. Yerçekimi dalgalarından üretilen bu b-modları henüz gözlemlenmemiştir. Resim: Planck bilim ekibi
Tüm bunlar genişlemeyen Büyük Patlama'nın başarısını yeniden üretmek, Büyük Patlama'nın yapamayacağı gözlemleri açıklamak ve yeni tahminler yapmak içindir ve evrenin genişlemesinin şüphesiz başarılı bir bilim olduğu çok sayıda doğrulanmıştır. Bunu yapmanın yolu, diğer teorilerin yalnızca sicim teorisi gibi gözlemlenemez tahminler üreteceğidir. Eleştirmenler evrenin genişlemesinden bahsettiğinde ve çok sayıda model yapısından bahsettiğinde, bu bir sorundur: genişleme, tek, benzersiz ve otoriter bir model arayan bir teoridir. Gerçekten de istenildiği kadar karmaşık modeller tasarlamak mümkündür ve bunları dışlamak neredeyse imkansızdır.
Evrenin genişlemesinin öngördüğü çeşitli enflasyon modelleri ve skaler ve tensör dalgalanmaları. Gözlemsel kısıtlamalar, çeşitli evren genişleme modellerini hala geçerli kılıyor. Telif hakkı: Kamionkowski ve Kovetz, ARAA, 2016,
Ancak bu, genişleyen evren teorisinin özünde var olan bir kusur değildir.Bu, evrenimizin ihtiyaç duyduğu özelliklere sahip modellerin hangileri olduğunu belirlemek için enflasyon mekanizmasını hala anlamamamızın bir nedenidir. Bu, enflasyon modelinin kendisinin tahmin etme yeteneği üzerinde belirli sınırlamalara sahip olduğunu ve daha fazla ilerlemenin gerekli olacağını göstermektedir. Ancak evrenin genişlemesi her şeye nihai cevap olmadığı için, bunun bilim olmadığı anlamına gelmez. Daha kesin olmak gerekirse, bu, bilimin her zaman gösterdiği şeyle tutarlıdır: insanoğlunun evreni anlaması için en iyi araç ve bu, giderek daha da iyileştirilmektedir!
