Inflație eternă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
„Universuri cu bule”, fiecare disc este un univers cu bule cu constante fizice diferite de cele ale celorlalte. Această imagine ilustrează conceptul cum universul nostru poate fi doar unul dintre multe bule (posibil infinite).

Inflația eternă este un model de inflație cosmologică a universului prezis de unele extensii ale teoriei Big Bang și modelul standard al cosmologiei .

Modelul inițial al lui Alan Guth de inflație a inclus o fază de „ fals vid ” cu energie de vid pozitivă. Părți ale universului în acel stadiu se extind inflaționist și se degradează doar ocazional într-o stare energetică minoră, neinflaționistă, numită și starea fundamentală. În teoriile inflației eterne, expansiunea accelerată a universului datorită inflației continuă pentru totdeauna, cel puțin în unele regiuni. Pe măsură ce aceste regiuni se extind la viteze exponențiale, întregul volum al universului crește la nesfârșit până la reproducerea unui nou univers. Inflația eternă este prezisă de multe modele diferite de inflație cosmică.

Teoria include și așa-numita variantă a „inflației haotice sau a bulelor (în engleză Bubble Theory theory), un model de cosmologie fractală propus de Andrei Linde [1] . Potrivit lui Linde, inflația haotică ar implica existența reală și reală a unui multivers , în cazul unui univers inflaționist infinit [2] , din care universul observabil rezultat din Big Bang este doar o parte. [3]

Teoria bulei

Teoria bulelor face parte din diversele elaborări ale multiversului , dintre care universul nostru ar fi doar una dintre „bulele” infinite și este unul dintre puținele modele ale multiversului care urmează complet modelul standard al cosmologiei și singurul una cu dovezi semnificative în datele observaționale. [4]

Această teorie, cunoscută și sub numele de teoria universului cu bule , a fost propusă în anii optzeci și în 2014 ar fi primit unele confirmări experimentale [4] , nepartajate de mulți fizicieni, totuși, deoarece rezultatele BICEP 2 ar intra în conflict cu cele colectate ulterior. de nava spațială Planck Surveyor .[5]

La fel ca alte teorii inflaționiste, este de obicei opusă celorlalte teorii fizice principale ale cosmologiei, și anume cele ale universului oscilant sau ale modelelor ciclice [6] , deși, potrivit unora, precum Michio Kaku , inflația haotică se potrivește cu propunerile „teoriilor totul ", cum ar fi corzile și Big Splat , explicând după Big Bang-ul acestui univers și al oricăror universuri copil , în timp ce explică și" înainte ", adică originea tuturor universurilor.

Conceptul de univers cu bule implică crearea de universuri rezultate din spuma cuantică a unui „univers părinte” sau dintr-un singur Big Bang . La cele mai mici scale (cuantice, cum ar fi lungimea lui Planck ), spațiul ar fierbe din cauza fluctuațiilor de energie și a tranzițiilor de fază , aflându-se într-un fals fals , ca și în fizica cuantică, spre deosebire de teoria relativității generale, nu există, este gol sau nimic . nici măcar în cazul Big Rip-ului sau al morții termice a universului . Fenomenul de barbotare se datorează probabil principiului incertitudinii lui Heisenberg , iar unul dintre efectele sale este spuma cuantică. De fapt, vidul cuantic ar fi „spumos” și imposibil de rupt și distrugut.

Cu toate acestea, fluctuațiile în vidul cuantic continuă, de unde termenul „haotic” și pot crea mici bule și găuri de vierme . Dacă fluctuația energiei nu este foarte mare, se poate forma un mic univers cu bule, poate experimenta o oarecare expansiune (cum ar fi umflarea unui balon) și apoi se poate contracta. Cu toate acestea, dacă fluctuația energiei este mai mare decât o anumită valoare critică, un mic univers cu bule se formează din universul parental, suferă o expansiune pe termen lung și permite formarea atât a materiei, cât și a structurilor galactice foarte mari.

Există unele asemănări între universul teoriei stării de echilibru (o teorie a cosmologiei nestandardizate ) și cel al inflației eterne haotice : în primul, fără Big Bang sau câteva mici bretonuri , expansiunea este echilibrată de crearea continuă de noi ( atomii de hidrogen sau particulele Planck ), în al doilea prin crearea de noi bule inflaționiste de spațiu-timp , energie și materie . Ambele aderă la principiul cosmologic perfect , prin care universul sau multiversul (în al doilea caz) apare la fel din orice punct către observatorul ipotetic independent în spațiu și timp și explică (la fel ca alte teorii ale multiversului) principiul antropic și Universul reglat cu legea numărului mare . Prin urmare, inflația universului nostru ar fi început după Big Bang, dar Big Bang-ul în sine ar putea face parte dintr-o inflație mai mare decât alte universuri. [1] Spre deosebire de teoria șirurilor și derivatele sale, această teorie nu este o teorie potențială a tuturor , neexplicând ceea ce dă naștere regulilor cuantice.

Teorie în detaliu

În teoria bulelor, susținută de Andrej Linde preluând unele teorii din trecut, fiecare bulă inflaționistă a acestei „spume cuantice” este în schimb un univers (ca al nostru), conectat la alte universuri prin găurile de vierme teoretizate de Einstein [7] ; unele dintre aceste universuri sunt locuibile, altele nu, și fiecare are propriul său trecut și istorie și evoluție specifice.

Andrej Linde numește în glumă modelul său „univers brânză elvețiană ” [8] sau „pahar de șampanie ”. Fiecare univers al acestui multivers este de fapt văzut ca o mică bulă de dioxid de carbon într-un pahar de vin spumant. [9]

În inflația teoretică a lui Linde, dincolo de universul observabil spațiul-timp poate fi încă într-o stare de inflație, cu alte universuri „cu bule” care se formează ori de câte ori inflația se oprește la un moment dat. Dacă universul nostru ar fi singurul care există, atunci am avea nevoie de o explicație științifică de ce pare atât de bine calibrat pentru a permite o anumită ordine și viață biologică. Dacă, pe de altă parte, este doar una dintre multele existente, fiecare dintre ele poate avea parametri diferiți și constante diferite și doar un singur univers (sau câteva) s-a întâmplat să aibă astfel de valori care au permis viața. [10] Unele rezultate ale observației și experimentării ar confirma în mare măsură această teorie, verificând teoria inflaționistă, prin unde gravitaționale , care duce, potrivit lui Linde și Alan Guth , la varianta unui multivers cu bule. [10]

O teorie formulată de fizicianul Alexander Vilenkin afirmă că multiversul este alcătuit din mai multe universuri, fiecare dintre ele fiind limitat la o bulă în inflația eternă (adică în expansiune exponențială constantă), inclusiv a noastră (fiecare univers, cel puțin cu privire la intern, trebuie să implice o geneză trasabilă sau similară unui Big-Bang). În unele zone ale unei bule, deformarea spațiului-timp este de natură să conducă la formarea unei bule noi, să deschidă un pasaj către un nou univers; după o anumită perioadă, din nou din cauza deformării, noua bulă se detașează și se formează un univers complet independent, fără niciun punct de legătură cu punctul de plecare [11] .

Regiunile formate de inflația haotică se extind la rate exponențiale, întregul volum al universului crește la nesfârșit și din ce în ce mai repede. Deci universul ar fi infinit și etern și s-ar reproduce prin aceste bule care se detașează de el și așa mai departe. Este posibil să se fi întâmplat deja: finit și observabil sunt doar câteva părți ale acestui multivers, dar între timp au fost deja generate altele, așa cum se întâmplă cu reproducerea celulară în biologie (vezi și: selecția naturală cosmologică ). [7]

Universul nostru (sau partea pe care o putem vedea și studia) este doar o zonă foarte mică din existent, așa-numitul univers observabil ). [7]

Inflația eternă este prezisă de multe modele diferite de inflație cosmică. Modelul original al inflației lui Alan Guth a inclus o fază de „ fals vid ” cu energie de vid pozitivă. Dacă vidul nu este starea cu cea mai mică energie (un fals fals, prin urmare), s-ar putea prăbuși în starea cu cea mai mică energie. Aceasta se numește dezastru de metastabilitate în vid . Acest fapt ne-ar schimba complet universul; constantele fizice ar putea avea valori diferite, ceea ce ar altera baza materiei. Părți ale universului în acel stadiu se extind inflaționist și se degradează doar ocazional într-o stare energetică minoră, neinflaționistă, numită și starea fundamentală. În inflația haotică, propusă de fizicianul Andrei Linde, vârfurile evoluției unui câmp scalar, care determină energia vidului, corespund regiunilor în care domina inflația. [7] Falsul vid ar trebui să se descompună exponențial, totuși bulele false de vid s-ar putea extinde exponențial astfel încât o regiune dominată de falsul vid să nu dispară niciodată. În aceste regiuni de fals vid, pot fi create ocazional noi bule, și astfel noi universuri, ca un simplu rezultat al decăderii falsului vid. Prin urmare, perioada inflaționistă a universului continuă să persiste pentru totdeauna în diferite regiuni ale spațiului-timp. Universul pe care îl observăm de fapt ar fi, așadar, doar una dintre posibilele bule care s-au dezvoltat, multe alte universuri asemănătoare cu ale noastre ar fi, așadar, posibile. Uneori, bulele pot atinge și afecta spațiul-timp cu producerea de energie nouă. [7]

Explicarea fizicii și matematicii

Teoria se inspiră din principiul incertitudinii lui Heisenberg , parte a mecanicii cuantice , care poate fi formulat ca:

În practică, calculul explică faptul că principiul conservării energiei poate fi încălcat, dar numai pentru perioade foarte scurte. Cu cât energia extrasă din nimic este mai mare, cu atât este mai scurtă perioada de timp; spațiul despre care credem că este gol este de fapt plin de particule care există pentru un timp foarte scurt. [12]

În modelul inflaționist, el afirmă că Universul a fost format dintr-una dintre aceste fluctuații cuantice: a fost creată o bulă de 10-35 metri din nimic care conține toată energia de masă a Universului (natura și forma au fost mult discutate, de exemplu în Hartle -Modelul de stare Hawking ), care totuși nu a dispărut, ci a fost umflat de așa-numitele câmpuri scalare ( câmpul Higgs ). Această expansiune explozivă sau inflație a dus universul tânăr și mic de la dimensiunea unui proton la dimensiunea unui grapefruit în doar 10 până la 32 de secunde. Modelul inflaționist ar explica astfel omogenitatea universului și problema orizontului . [12]

Dacă acest model ar fi valid, universul nostru s-ar fi format dintr-o fluctuație cuantică într-un spațiu-timp preexistent, în plus, acest mecanism ar fi posibil și în universul actual. Prin urmare, se susține că universurile sunt produse în mod continuu în cadrul altor universuri, precum bule într-o spumă, dar numai în zone de la marginea universului. Bulele, după ce s-au dizolvat sau s-au desprins de universul părinte, pot fi verificate doar de urmele lăsate în radiația cosmică de fond , chiar dacă este posibil să rămână o legătură ( „ gaura de vierme ” , de fapt). [12] [13]

Diferite bule inflaționiste

La fel ca într-un multivers al teoriei șirurilor, fiecare univers are propriile sale legi fizice: bulele cu Lambda pozitivă vor forma un spațiu numit universul de Sitter , adică în expansiune accelerată, ca universul nostru; bulele cu Lambda negativ vor forma un spațiu Anti-de Sitter, care în schimb se prăbușește într-un Big Crunch , iar bulele cu Lambda egală cu 0 vor da un spațiu-timp Minkowski , care nu are umflare în interiorul său. Unii fizicieni susțin că nu există o primă bulă, alții că există un fel de Big Bang din cauza fluctuației cuantice . [14] Energia întunecată ar fi energia de vid a universului nostru, datorită faptului că universul a „scăpat” de gravitație și, prin urmare, poate accelera infinit împingerea Big Bang-ului (acest lucru s-ar întâmpla doar în unele universuri precum al nostru, fiind un univers de Sitter cu o constantă cosmologică pozitivă, în timp ce alte bule pot să nu aibă această lege fizică). [15] Ar exista inflație în multivers și una în univers.

Perfecțiunea cosmică a unor legi ( Universul reglat fin ), concepute pentru a favoriza nașterea vieții, ar duce, prin urmare, la alegerea, conform majorității fizicienilor, fie a teoriei probabiliste a universurilor infinite ( multivers ), fie a teoriei univers proiectat intenționat ( design inteligent ): al doilea, totuși, nu este știință, ci credință, în timp ce primul este o teorie care ar fi pe deplin științifică și are șanse mari de a fi adevărat, așa cum a fost observat și de Stephen Hawking . [16] [17]

Este posibil ca Universul (sau multiversul sau ceea ce există) să fi avut un început - dar poate că nu are - și probabil că acesta și materia / energia nu vor avea niciodată un sfârșit, ca legile conservării masei lui Antoine Lavoisier . Inflația haotică a lui Linde și Guth ajunge să semene și cu teoria stării staționare a lui Fred Hoyle , o teorie considerată acum nestandardă . Guth, Linde și alții au observat că, dacă inflația este adevărată, atunci multiversul este real - cu probabilitate mare - deoarece modelele teoretice inflaționiste fără multivers sunt fezabile, dar foarte dificil de construit. [18] [19] [20] [21] [22] [23]

Verificări experimentale

Posibil aspect al unui multivers

La 17 martie 2014 , astrofizicienii John Kovac și Chao-Lin Kuo , de la Universitatea Harvard (Boston), au prezentat unele dovezi că universul a suferit inflație după Big Bang. Dovezile care ar transforma ipoteza universului inflaționist într-o teorie verificată experimental, care, potrivit lui Andrej Linde , Alan Guth și alții (care nu au fost implicați direct în studiu, dar care au formulat fizica teoretică inflaționistă), este dovada că calcule ale teoriei inflației eterne și haotice (nu o explozie sau o inflație ordonată, ci o expansiune inițială mai mare decât cea a vitezei luminii), baza teoriei bulelor care generează universuri veșnice (extinse la viteze diferite) , sunt adevărate. Energia întunecată ar fi una dintre forțele acestui fenomen. [24] [25] [26] În 2014 a fost detectat proiectul BICEP2 (evoluția BICEP, adică Imaginea de fundal a polarizării cosmice extragalactice), cu radiotelescoape și echipamente situate la Polul Sud la baza Amundsen-Scott , existența, prin observarea indirectă a undelor gravitaționale primordiale (a căror existență reală, prezisă de relativitatea generală , a fost constatată însă numai în 2016), realizată prin observarea radiației cosmice de fond . [27] [28] Cu toate acestea, aceste observații nu au fost confirmate de măsurătorile efectuate de satelitul Planck al ESA: motivul erorii a fost atribuit prezenței prafului interstelar , care ar fi denaturat datele. [29]

Dacă observațiile ar fi confirmate, aproximativ 90% din teoriile inflaționiste ar putea fi invalidate, în timp ce inflația haotică este promovată de datele observaționale. [30] Cei care critică inflația în general, spun, de exemplu, că datele ulterioare, realizate de Planck Surveyor , ar fi în contradicție sau că teoria nu are falsificabilitate sau că încalcă relativitatea generală .[5]

Notă

  1. ^ a b Un rezumat eficient al teoriei menționate mai sus și povestea primelor sale formulări poate fi găsit în articolul scris de Andrej Linde însuși: Un univers inflaționist care se reproduce , în „Cosmologie” - Caietul Le Scienze nr.117.
  2. ^ SORINA ULTIMĂ A UNIVERSULUI
  3. ^ Dovezi că există universuri paralele?
  4. ^ a b Ecouri din trecutul îndepărtat, știri - Rezultatele BICEP2
  5. ^ a b Ar putea fi greșite rezultatele inflației și ale undelor gravitaționale BICEP2 ? Arhivat la 30 mai 2014 la Internet Archive .
  6. ^ cum ar fi teoria clasică a universului oscilant / Big Bounce , teoria M și corzile multiversului sau cosmologia ciclică conformală
  7. ^ a b c d și Andrej Linde, Un univers inflaționist care se reproduce , în Cosmologie, Știința ilustrată, n. 117
  8. ^ Recenzie TV: Horizon: Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? și Wild Britain cu Ray Mears
  9. ^ Rezultate BICEP2 Combustibil Multiverse Controversă
  10. ^ a b Recenzie TV: Horizon: Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? și Wild Britain cu Ray Mears
  11. ^ În principiu, rezumatul modelului multiversal menționat aici poate fi examinat în eseul lui Vilenkin însuși (semnat cu numele Alex) publicat în 2006: "Multe lumi în una. Căutarea altor universuri". Nevoia conceptuală și matematică de a considera istoria fiecărui univers observabil ca având un început temporal este tratată în mod specific în cap. 16 ° din a patra parte a aceluiași text (publicat în Italia de Raffaele Cortina Editore, seria „Știința și ideile” în regia lui Giulio Giorello , în 2007, cu titlul: „O lume sau infinit?”).
  12. ^ a b c http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6484 Arhivat 8 decembrie 2015 la Internet Archive . Paolo Sirtoli, Răspunsul expertului de pe vialattea.net
  13. ^ Cum se găsesc urmele lăsate de universurile paralele
  14. ^ O mare de bule , pe misteridelcosmo.altervista.org . Adus la 10 decembrie 2015 (arhivat din original la 22 decembrie 2015) .
  15. ^ Calea Lactee - întrebați expertul: răspunde Nicola Fusco
  16. ^ Stephen Hawking, Curiosity: A creat Dumnezeu Universul? , Canal descoperire
  17. ^ Inflația cosmică și multiversul , pe science.panorama.it . Adus pe 29 noiembrie 2015 (arhivat din original la 17 mai 2014) .
  18. ^ Clash of universes. Arhivat la 17 mai 2014 la Internet Archive .
  19. ^ Alan H. Guth, Inflația eternă și implicațiile sale
  20. ^ Scott Shackelford, Worlds Without End , revista Stanford
  21. ^ Linde, Andrei, The Self-Reproducing Inflationary Univers ( PDF ), în Scientific American , noiembrie 1994, pp. pagina 51.
  22. ^ Linde, AD, Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Univers ( PDF ), în Physics Letters B , vol. 175, nr. 4, august 1986, pp. 395-400, bibcode : 1986PhLB..175..395L , DOI : 10.1016 / 0370-2693 (86) 90611-8 .
  23. ^ Linde, A., Inflația eternă haotică , în Mod. Phys. Lett. , A1, n. 2, 1986, p. 81, Bibcode : 1986MPLA .... 1 ... 81L , DOI : 10.1142 / S0217732386000129 .
  24. ^ Am auzit ecoul Big Bang-ului. Prima dovadă a inflației cosmice
  25. ^ Valori ale inflației cosmice Teza multiversului - Universul nostru poate exista într-un descoperire a inflației cosmice multiverse, sugerează
  26. ^ Big Bang: Găsiți primele dovezi ale inflației cosmice
  27. ^ Big Bang, Andrei Linde vede confirmată teoria sa despre inflația cosmosului: video
  28. ^ Big Bang, primele ecouri descoperite. Confirmare directă a expansiunii universului
  29. ^ Științele, "Undele gravitaționale, eroarea BICEP2 este oficială"
  30. ^ Filippo Bonaventura, Inflația: cosmologie după descoperirea BICEP2 , Scienza în Rete

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Inflation_Eternal&oldid=121930709 ”