Как инфляция создает Вселенную из ничего?

Я думаю, что на ваш вопрос невозможно дать четкий ответ «да» или «нет», потому что это вопрос об области исследований, где остается много моделей, не согласующихся друг с другом, и мы просто не знаем, какие именно. если кто прав. Область исследования – теория инфляции.

Инфляция или что-то в этом роде могло быть, а могло и не быть. Самые большие неизвестные здесь связаны с энтропией. Попытки детально смоделировать раннюю Вселенную обычно вызывают (не всегда осознавая, что они это сделали) чрезвычайно особые положения дел. Это затрудняет оценку того, не столько объяснила ли данная теория что-то, сколько показала, что она будет результатом чего-то еще более необъяснимого. Инфляция не избегает этой проблемы.

Я думаю, что основной посыл здесь в том, что в наши дни во взаимодействии между исследовательской наукой и широкой общественностью происходит что-то довольно странное. Грань между тщательно сконструированными и проверенными идеями и простыми предположениями размыта во многих популярных книгах, а каналы на You Tube еще хуже. В физике элементарных частиц прогресс за последние 80 лет потребовал партнерства между экспериментом и теорией. Иногда встречаются примеры, когда теоретическое понимание привело к чему-то далекому от эксперимента, но что оказалось правильным (хорошим примером является механизм Хиггса). Но есть также много примеров случаев, когда эксперименты приносили сюрпризы. Инфляция — это попытка бороться с физикой на энергетическом уровне.$\ge 10^{15}$ГэВ. Эксперименты получили доступ к$10^4$ГэВ.

Я думаю, что лучший способ ответить на ваш вопрос — это поощрять постоянный интерес к этим областям, а также поощрять большую роль отношения «ну, мы действительно еще не знаем».

Но одно мы знаем точно: каждая научная модель, когда-либо выдвигавшаяся для чего бы то ни было, устанавливала преемственность между одной вещью и другой, между предшествующей ситуацией и последующей ситуацией. Идея о том, что физика предполагает, что что-то может появиться из ничего, является просто неверным направлением, преднамеренным неправильным использованием слов, предположительно в попытке привлечь читателей или что-то в этом роде. Я упоминаю об этом просто потому, что название вашего вопроса предполагает, что вы, возможно, были неправильно направлены на такого рода жонглирование значениями слов.

Я думаю, что среди авторов, имеющих право комментировать здесь и делающих работу достаточно сбалансированной, есть Шон Кэрролл.

Добавлено редактирование для ответа на конкретный момент в конце вопроса.

Считается, что либо с инфляцией, либо без нее, пространство началось с раннего состояния, предположительно описываемого квантовой гравитацией, и в ранние времена оно росло чрезвычайно быстро. Это привело к флуктуациям плотности энергии практически на всех шкалах расстояний. Теоретически это моделируется с использованием квантовой теории для получения значения стандартного отклонения распределения, а затем последующего рассмотрения этого распределения как классического поля, имеющего флуктуации в пространстве и времени с заданным стандартным отклонением. Переход от квантового подхода к классическому в исследовательской литературе довольно приукрашен; это связано с тонкостями процесса, называемого нарушением симметрии. ( Что такое спонтанное нарушение симметрии в КВАНТОВЫХ системах? )

В любом случае, суть вашего вопроса в том, что это не похоже на излучение Хокинга. Колебания уже считаются классическими или рассматриваются как классические, независимо от того, была ли последующая инфляция, чтобы их растянуть. (Я не работаю непосредственно в этой области исследований; я получил вышеуказанную информацию из книги Хобсона, Эфстатиу и Ласенби, а также из различных обзорных и других статей).

Теории инфляции — это не то же самое, что теории вселенной из ничего.

«Что-то» уже было, когда началась инфляция. При инфляции Вселенная (как пространство-время, так и кванты в этом пространстве-времени) уже существовала, но затем она стала экспоненциально больше из-за энергии и давления теоретического скалярного «инфлатонного» поля, которое было бы чем-то похоже на поле Хиггса.

В теориях «вселенной из ничего» вселенная возникает из состояния отсутствия пространства-времени и квантов, возможно, посредством квантового туннелирования.

Если вы имели в виду «Как инфляция способна создать столько материи и излучения?», то есть два возможных ответа. Во-первых, закон сохранения энергии может не относиться ко Вселенной в целом. Вторая состоит в том, что, если это действительно применимо, то оно сохраняется, потому что гравитационная потенциальная энергия всей этой новой материи и излучения отрицательна (точно так же, как гравитационная потенциальная энергия Земли и Солнца отрицательна) и уравновешивает всю положительную энергию сотворенное вещество и излучение.

Именно Большой Взрыв создал Вселенную, а «ничто», из которого она возникла, скорее всего, было огненным шаром предыдущей Вселенной, который рухнул в Большой Сжатие, за которым последовал Большой Отскок. В настоящее время это не преобладающая теория, хотя она и не была полностью отвергнута. Одноразовые Большие Взрывы, которые не имеют видимой причины и буквально создают вселенную из ничего и в конце концов растворяются в темном небытии космоса, создают всевозможные проблемы с точки зрения логики, которых избегает Большой Сжатие. Теории приходят и уходят, как и доказательства, на которых они основаны, так что, возможно, Большой кризис когда-нибудь вернется в фавориты.

Я очень скептически отношусь к сценарию инфляции и думаю, что нам следует дождаться дополнительных доказательств этого. То же самое и с виртуальными частицами, поскольку есть веские основания ставить их под сомнение. Эффект Казимира, например, можно объяснить более приземленными механизмами. Расхождение в 40 порядков между вакуумной энергией, требуемой КМ, и космологическими наблюдениями, с которыми она противоречит, не внушает доверия к теории виртуальных частиц.