Как инфляция привела к расширению пространства?

Теория большого взрыва дает научное объяснение эволюции Вселенной, где научная картина ее начинается со Вселенной (пространства), равномерно заполненной материей и энергией, уже расширяющейся без какого-либо описания того, как это расширение началось.

Большой взрыв — это теоретическая модель в рамках общей теории относительности. Он был разработан, чтобы объяснить наблюдение, что все скопления галактик удаляются друг от друга и от нас. Такое поведение можно описать как взрыв в четырехмерном пространстве.

Экстраполяция расширения Вселенной назад во времени с использованием общей теории относительности дает бесконечную плотность и температуру в конечное время в прошлом.[18] Эта сингулярность сигнализирует о нарушении общей теории относительности и, следовательно, всех законов физики.

Сорок лет назад, когда я изучал космологию в течение семестра, эта модель была доминирующей. С тех пор новые наблюдения показали, что модель не согласуется с наблюдениями космического микроволнового фона , которые показали удивительную однородность распределения материи во время разделения фотонов через 380 000 лет от начала Вселенной. Единообразие не могло быть термодинамически согласовано, потому что в то время не все части Вселенной могли взаимодействовать с другими из-за световых конусов специальной теории относительности .

Алан Гут в этом курсе называет инфляцию взрывом, описание которого теория Большого взрыва не дает. Согласно теории космической инфляции, Вселенная подверглась экспоненциальному расширению, которое произошло из-за отталкивающей гравитации между участком гравитационно отталкивающего нестабильного материала, который распался, как радиоактивное вещество, закончив экспоненциальное расширение, чтобы привести нашу локальную Вселенную в состояние, где теория Большого взрыва дает решение откуда (где пространство уже расширяется).

Модель теперь, время от времени меньше, чем 10 ^ -32 секунд, включает эффективное квантование гравитации (квантование гравитации является текущим теоретическим исследовательским проектом). Это вводит рандомизацию доступной плотности энергии частицей, называемой «инфлатон», а также появляются небольшие неоднородности из-за внутренней вероятностной природы квантовой механики; это перерастает в спектр реликтового излучения и распределение материи, которое мы наблюдаем в настоящее время.

На рисунке исходное решение Большого взрыва начнется после периода инфляции. Измерения, проведенные с 1990 года, показывают, что Вселенная продолжает ускоренно расширяться (видно на рисунке в виде раскрывающегося рога), поэтому название Большого взрыва - это просто историческая терминология при разработке моделей Вселенной, которая сохраняется как историческая реликвия. .

Расширение, периоды инфляции можно математически смоделировать с помощью «отрицательной гравитации», поскольку гравитация притягивает и приводит к сокращениям.

Общая теория относительности объясняет гравитацию как геометрию пространства-времени. Если отталкивающую гравитацию можно рассматривать так же, как гравитация заставляет пространство продолжать расширяться (как мы подразумеваем под метрическим расширением) и как пространство расширяется даже сегодня, или если я ошибаюсь, как работает отталкивающая гравитация, как объясняет теория инфляции.

Есть две модели: в основе общей теории относительности лежит гравитация как искажение пространства-времени, а другая состоит в том, чтобы рассматривать возникающие эффекты как ньютоновскую гравитацию, поскольку локально всегда можно аппроксимировать ньютоновской механикой геометрию общей теории относительности. Эффекты гравитации вызывают ускорение в сторону сокращения . Инфляционный период – это ускоренное расширение . Таким образом, поскольку нормальная гравитация притягивает, отрицательная гравитация отталкивает: эффект ускоряющегося расширения, переведенный в ньютоновскую математическую основу, можно смоделировать как отрицательную гравитацию.

Наблюдаемое продолжающееся ускорение расширения Вселенной, как видно на рисунке, ввело в математические модели темную энергию , которая в ньютоновской математике имеет отрицательный гравитационный эффект.

В физической космологии и астрономии темная энергия — это неизвестная форма энергии, которая, как предполагается, пронизывает все пространство, стремясь ускорить расширение Вселенной. Темная энергия является наиболее принятой гипотезой для объяснения наблюдений с 1990-х годов, указывающих на то, что Вселенная расширяется с ускорением.

Я спрашиваю об этом, поскольку я ранее упоминал, что Алан Гут назвал инфляцию Взрывом к Большому Взрыву или событием, которое привело к расширению пространства.

Да, как вы можете видеть на приложенном рисунке времени разработки.