Каковы доказательства инфляции ранней Вселенной?

Как указал Вайнберг в своей книге «Космология» (обратите внимание, это НЕ «Гравитация и космология». У него также есть книга с таким названием), инфляция была предложена для объяснения 3 проблем: 1) проблема горизонта 2) проблема плоскостности 3) проблема монополя

1) Проблема горизонта: эволюция масштабного фактора до и после разделения$\sqrt{t}$и$t^{\frac{2}{3}}$. Мы вычисляем линейный размер прямого и обратного световых конусов во время разделения в модели горячего Большого взрыва. Радиус этого светового конуса представляет собой физический размер области на последней рассеивающей поверхности, от которой мы получаем реликтовое излучение. Задний световой конус$l_{B} \approx 3(t_{dec}^{2}t_{0})^{1/3}$($t_{0}$настоящее время.). Передний световой конус равен$l_{F} = 2t_{dec}$. Соотношение$R \equiv \frac{l_{B}}{l_{F}} \approx 70$. Физическая длина волны, связанная с космологическими возмущениями, растет быстрее, чем радиус Хаббла, когда мы возвращаемся назад во времени. Если за неоднородности отвечает причинный механизм, то эти масштабы должны быть внутри масштаба Хаббла в очень ранней Вселенной. Это возможно, если длина волны, связанная с возмущением, уменьшается быстрее, чем радиус Хаббла, когда мы возвращаемся назад во времени. Так,$-\frac{d}{dt}\left( \frac{\lambda}{d_{H}}\right) <0$($d_{H}$радиус Хаббла). Это ведет к$\ddot{a} >0$. В большинстве случаев мы моделируем его как одно скалярное поле, которое вызывает эту инфляцию на фоне де Ситтера ($\Lambda$доминируемая вселенная)

2) Проблема плоскостности: Менее убедительный аргумент инфляции. Экспериментально мы наблюдаем исчезающий параметр пространственной кривизны$\Omega_{K} = -\frac{K}{a^2 H^2} = -\frac{K}{a^2}$. При решении этой проблемы мы предполагаем, что ничего особенного не происходит с космическим масштабным фактором и скоростью расширения с конца инфляции до начала эпохи доминирования излучения, т.е.$a_{Inflation}H_{Inflation} \approx a_{rad. domination}H_{rad. domination}$. Небольшое значение$|K|/\dot{a}^2$можно объяснить, приняв$K=0$т.е. пространственно плоская вселенная. Однако инфляция открывает возможность того, что Вселенная вовсе не однородна и не изотропна и что ее кажущаяся плоскостность космической метрики является всего лишь результатом инфляции.

3) Проблема монополя: Стандартная модель предсказывает, что в горячей ранней Вселенной большое количество монополей должно возникать в результате нарушения симметрии какой-либо одной калибровочной теории, поскольку она находится на шкале энергии около$M = 10^{16}$ГэВ. Эти монополии должны были сохраниться и по сей день. Однако это не так.

Среди всех вышеперечисленных проблем проблема горизонта является наиболее серьезной. Так как два других можно объяснить другими механизмами. Также любое количество$e$-foldings решает не только проблему горизонта, но также проблему плоскостности и проблему монополя.

Я не могу здесь вдаваться в подробности, но позвольте мне сказать, что экспоненциальный рост приводит ко многим вещам, которые мы видим вокруг себя прямо сейчас: отсутствие магнитных монополей, однородная Вселенная, в которой ни один участок не является «предпочтительным», т. е. имеет большую плотность материи, и многие другие наблюдаемые величины.

На самом деле, после непродолжительного поиска я нашел вики-статью, в которой говорится о большинстве вещей, которые я сказал выше, и о многом другом: http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_inflation#Observational_status

Лично я думаю, что стандартные аргументы еще не убедительны. Проблему горизонта, или проблему однородности, можно объяснить, если предположить, что начальные условия однородны, не предполагая, что причинный контакт в ранней Вселенной сгладил неоднородности. Вы можете возразить, что однородное начальное условие «неестественно», но, поскольку мы так мало знаем о сингулярности Большого взрыва, нельзя сказать ничего убедительного. Проблема монополии является проблемой только в том случае, если вы считаете, что монополи существуют, что пока не имеет эмпирических доказательств. Проблема кривизны, опять же, является проблемой «естественности», но нам не хватает точного определения естественности, учитывая нашу неспособность понять сингулярность Большого взрыва.

Основной (и первоначальной) причиной предложения инфляционной теории была проблема горизонта . То есть тот факт, что Вселенная настолько невероятно однородна и изотропна, несмотря на то, что некоторые части Вселенной, по-видимому, слишком далеки, чтобы обмениваться энергией. Инфляция в ранней Вселенной является убедительным объяснением этого интригующего наблюдения. Также следует отметить проблему плоскостности , которую также помогает решить инфляция.

Конечно, существуют различные другие теории для объяснения этой проблемы, никоим образом не связанные с инфляцией, такие как теория переменной скорости света (VSL). Однако они находятся в стадии активного исследования и до сих пор не получили широкого признания.

Доказательства против:
карты CMB WMAP несовместимы со стандартной космологической моделью , отсюда:

Крупноугловые аномалии в CMB (открытый доступ) и в arXiv - апрель 2010 г. (выделено мной жирным шрифтом)

Резюме
...Мы обсуждаем эти открытия в связи с ожиданиями стандартной инфляционной космологии...
Резюме
Изучение выравниваний в низком ℓ CMB выявило ряд особенностей. Мы показали, что выравнивание плоскостей квадруполя и октополя несовместимо с гауссовым, статистически изотропным небом, по крайней мере, на уровне достоверности 99% . Кроме того, а) количество (возможно, связанных) выравниваний происходит с уровнем достоверности 95% или выше. Сведение их вместе дает четкое указание на то, что карты WMAP всего неба CMB несовместимы со стандартной космологической моделью при больших углах.Еще более своеобразным является совмещение квадруполя и октополя с особенностями Солнечной системы (плоскость эклиптики и диполь) .

Введение
В связи с этим стоит отметить, что наши достижения в предсказании грубых свойств Вселенной в больших масштабах на основе первых принципов были довольно плохими. Согласно стандартной космологической модели согласования, более 95 % энергии, содержащейся во Вселенной, является экстраординарным — темная материя или темная энергия, существование которых было выведено из-за того, что Стандартная модель физики элементарных частиц в сочетании с общей теорией относительности не смогла описать поведение астрофизические системы крупнее звездного скопления, в то время как сама однородность и изотропность (и неоднородность) Вселенной обязаны влиянию инфлатонного поля, чья идентичность с физикой частиц остается совершенно загадочной даже после трех десятилетий теоретизирования.

Выводы ... Реликтовое излучение широко считается источником веских доказательств в пользу модели соответствия в космологии. Действительно, соответствие между теорией и данными поразительно — закономерности в двухточечных корреляционных функциях (TT, TE и EE) доплеровских пиков и впадин воспроизводятся в деталях путем подбора всего шести (или около того) космологических параметров. К этому соглашению не следует относиться легкомысленно; это показывает наше точное понимание причинно-следственной физики на поверхности последнего рассеяния. Тем не менее, космологическая модель, к которой мы приходим, выглядит барочной и требует введения в разных масштабах и эпохах трех источников плотности энергии, которые обнаруживаются только гравитационно: темной материи, темной энергии и инфлатона.. Уже одно это должно побуждать нас постоянно подвергать сомнению модель и исследовать наблюдения, особенно в масштабах, превышающих горизонт во время последнего рассеяния.

По крайней мере, исследования свойств реликтового излучения с большими углами (малыми ℓ) показывают, что мы не живем в типичной реализации модели соответствия инфляционного ΛCDM .

С теоретической стороны: из книги Майкла С. Тернера (1997)
«Десять вещей, которые каждый должен знать об инфляции».

Холодная темная материя, которая является важным средством проверки инфляции, представляет собой теорию с десятью параметрами .$h,\Omega_Bh^2,S,n,dn/d \ln{k}, T/S, nT, > \Omega_\nu,g_*, \Omega_\Lambda$. Хотя это устрашающее количество параметров , особенно для космологической теории, есть веские основания полагать, что в течение десяти лет данные будут переопределять эти параметры. Решающее значение для достижения этой цели имеют высокоточные измерения анизотропии CBR с высоким разрешением, которые будут выполнены в течение следующего десятилетия... ...ΛCDM согласуется со всеми наблюдениями, обсуждаемыми здесь, а также с другими;...
...
Инфляция делает три надежных предсказания
1. Плоская Вселенная
2. Практически масштабно-инвариантный спектр гауссовых возмущений плотности
3. Почти масштабно-инвариантный спектр гравитационных волн

Будущее: (очевидно, это моя собственная перспектива)
В этой новой космологической модели Самоподобная модель Вселенной раскрывает природу темной энергии. Инфляция не нужна.
Я принимал участие в работе, но не как автор, и я ценю любую критику.