Каким процессом закончилась эра инфляции или она просто замедлилась (намного)?

Медленная инфляция, которая является одной из наиболее популярных моделей, имеет четко определенный механизм определения конца инфляции. В рамках этой структуры мы определяем два параметра медленного вращения:$\epsilon$и$\eta$. Считается, что инфляция заканчивается, когда$\epsilon=-\frac{\dot H}{H^2}\sim1$

Здесь,$H$скорость Хаббла и$\dot H$является его производной по времени. Простая математика покажет, что это эквивалентно$\epsilon=1-\frac{\ddot a}{aH^2}$, где$a$является масштабным фактором. Итак, вы можете видеть, что каждый раз, когда расширение ускоряется, у нас будет$\epsilon<1$. Однако, учитывая, что наша текущая стоимость$\frac{\ddot a}{aH^2}$срок настолько мал, текущая стоимость$\epsilon$по-прежнему имеет порядок 1. Это означает, что мы пока не считаем текущий ускоренный рост инфляцией.

В рамках этой схемы легко показать, что инфляция действительно прекратилась. Наиболее распространенные модели показывают, что$\epsilon$стал порядка 1 примерно после 55-60-кратного увеличения инфляции (е-кратное - это время, которое требуется во время инфляции, чтобы коэффициент масштабирования увеличился в 1 раз).$e$). Это соответствует примерно$10^{-30}s$. После этого момента последовали эпохи доминирования излучения и материи, в течение которых расширение замедлялось, что, как вы можете ясно видеть,$\epsilon>1$. Так что инфляция явно закончилась.

Но я так и не описал процесс, которым закончилась инфляция. Это потому, что этот процесс сильно зависит от модели. При медленном вращении у нас обычно есть поле инфлатона и потенциальная функция, которая определяет, как оно себя ведет. Не существует установленного определения правильной потенциальной функции, что означает, что вы можете выбрать свое собственное. Одним из самых простых является$V={1\over2}m^2\phi^2$потенциал, где$\phi$поле инфлатона. По этой модели,$\epsilon = \frac{2M_p^2}{\phi^2}$где$M_p$есть планковская масса. Мы называем это инфляцией с медленным вращением, потому что поле инфлатона медленно катится вниз по потенциалу, который в данном случае представляет собой простую параболу. Обычно мы выбираем начальное значение около$\phi=3M_p$по сложным причинам. Вы можете видеть, как следование наклону потенциала приведет к$\phi$уменьшать. И вы видите, как уменьшается$\phi$увеличится$\epsilon$. Этим процессом заканчивается инфляция.

Теперь, что касается эпохи доминирования темной энергии. После того, как инфляция закончилась, инфлатоны распались и остались 3 основных типа энергии; излучение, материя и темная энергия. Плотность энергии этих трех типов связана с масштабным коэффициентом. Излучение имеет плотность энергии, пропорциональную$a^{-4}$, материя пропорциональна$a^{-3}$, а темная энергия более или менее постоянна. Имея эти знания и немного хитрой математики, которую я для удобства пропустил, мы можем определить потенциальную функцию,$V(a)$, что каждый из этих типов энергии способствует и показывает, что

Мы также можем сделать следующий сюжет:

На этом рисунке желтая линия представляет вклад в$V(a)$от излучения, красный — от материи, синий — от темной энергии, а черная линия — от общего$V(a)$. Вы можете видеть, что по мере расширения Вселенной в скорости расширения сначала преобладало излучение, затем материя, затем темная энергия. Точка, в которой синяя линия пересекает красную линию, соответствует времени, когда расширение снова начало ускоряться. В настоящее время мы только что прошли эту точку.

Статья в Википедии информативна

Это текущая модель Большого взрыва, обобщенная на изображении Yinweichen.

Инфляция Большого Взрыва не остановилась в смысле определения Вебстера: надутый: заполненный и увеличенный воздухом или газом, так как наблюдалось ускоренное расширение Вселенной, справа на изображении. Расширение не газа, а самого пространства, расширяющегося ускоренным образом.

Расширение Вселенной во времени и пространстве уменьшает средние энергии в пространстве-времени, для описания наблюдений используются различные теоретические модели. Эффективные модели, потому что гравитация еще не была квантована в проверенной модели, и поэтому в будущем могут появиться новые объяснения.

Наблюдение, что Космический Микроволновый Фон очень однороден, тогда как в то время, когда фотоны отделились от масс (через 380 000 лет), термодинамически Вселенная не могла быть гомогенизирована (поскольку специальная теория относительности не позволяла общаться на расстояниях), показал, что нужен новый механизм. Был введен период инфляции до 10 ^ -32 секунд, квантово-механический режим, в котором гомогенизация производилась полем инфлатона с быстрой инфляцией. Поле инфлатона нуждается в очень больших энергиях, и поскольку Вселенная расширялась, а плотность падала, энергии не могли поддерживать инфляцию:

По мере того, как инфляционное поле медленно релаксирует в вакуум, космологическая постоянная стремится к нулю, и пространство начинает нормально расширяться.

Время до этого называется периодом инфляции.

После этого периода используются модели физики элементарных частиц с кварк-глюонной плазмой и т. д., поскольку время идет. Глюоны и кварки ограничены, потому что энергия падает, а ядерный синтез начинается через 0,01 секунды и заканчивается через 3 минуты, когда начинают формироваться атомы, пока большинство атомов не станут нейтральными, а фотоны отделятся и дадут реликтовое излучение через 380 000 лет от сингулярности ВВ.

Данные/наблюдения показали, что расширение снова ускоряется, что повышает потребность в темной энергии и космологической постоянной.

С 2003 по 2010 год НАСА WMAP делала очень подробные снимки Вселенной с помощью космического микроволнового фонового излучения. Изображения можно интерпретировать, указывая на то, что Вселенной 13,7 миллиарда лет (с погрешностью в один процент) и что модель Lambda-CDM и инфляционная теория верны. Никакая другая космологическая теория пока не может объяснить такой широкий диапазон наблюдаемых параметров, от отношения содержаний элементов в ранней Вселенной до структуры космического микроволнового фона, наблюдаемого более высокого содержания активных галактических ядер в ранней Вселенной и наблюдаемого массы скоплений галактик.

Вот где мы находимся, ждем новых данных и прогресса в квантовании гравитации.