Το σύμπαν γεννήθηκε από μία αρχική ιδιομορφία, δηλαδή από μια κατάσταση με άπειρη πυκνότητα και θερμοκρασία, πριν από 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου.

Η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang) περιγράφει με ακρίβεια τη διαστολή του Σύμπαντος, από περίπου το πρώτο δευτερόλεπτο μετά την εμφάνισή του. Αφήνει όμως αναπάντητα σημαντικά ερωτήματα που σχετίζονται με τις πρωταρχικές στιγμές της εξέλιξής του, όταν δηλαδή το Σύμπαν είχε ηλικία μικρότερη του 1s.

Αδυνατεί επίσης να εξηγήσει τον τρόπο δημιουργίας της μάζας του Σύμπαντος, την εξαιρετική επιπεδότητά του, την ομοιογένειά του, την ισοτροπία του, καθώς επίσης και την μη ανίχνευση μαγνητικών Μονοπόλων στο Σύμπαν. 

Γι αυτό υπήρχε η ανάγκη μιας άλλης θεωρίας, συμπληρωματικής της αρχικής, που θα έλυνε τα παραπάνω προβλήματα.

* Η σύμπραξη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και της κοσμολογίας

Στη δεκαετία του 1970 με αρχές της δεκαετίας του ’80, στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων είχε ήδη αναπτυχθεί το Καθιερωμένο Πρότυπο (ΚΠ) και οι επεκτάσεις του, όπως η Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία (GUTs). Η GUTs προτείνει ότι σε θερμοκρασίες ή ενέργειες πάνω από περίπου 10^(15)GeV, η ηλεκτρομαγνητική, η ισχυρή και η ασθενής αλληλεπίδραση είναι ταυτόσημες (ενοποιημένες).

Η θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων βοήθησε τους κοσμολόγους να μελετήσουν την εξέλιξη του Σύμπαντος, πλησιάζοντας όσο ποτέ άλλοτε τον επονομαζόμενο χρόνο Planck. Ο χρόνος Planck είναι όταν το Σύμπαν είχε ηλικία μόλις 10^(-43)s και μέγεθος ίσο με το μήκος Planck περίπου 10^(-35) m. Είναι το όριο στο μέγεθος και στην πυκνότητα, από το οποίο αρχίζει να εφαρμόζεται η Κβαντομηχανική, όταν η πυκνότητα από άπειρη έγινε “μόνο” 10^(94) γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό (g/cm^3)

* Η θεωρία του Πληθωρισμού – εκθετική διαστολή του Σύμπαντος

Η γόνιμη σύμπραξη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και της κοσμολογίας, οδήγησε στην θεωρία του Πληθωριστικού Σύμπαντος ή θεωρία του πληθωρισμού, η οποία εισήχθη στην Αστροφυσική από τον Alan Guth το 1981. Σημαντικοί επίσης θεωρητικοί φυσικοί, όπως ο Ρώσος Alexei Starobinsky και ο Έλληνας Δημοσθένης Καζάνας, είχαν κινηθεί στα ίδια περίπου πλαίσια σε μελέτες τους, που προηγήθηκαν εκείνης του Guth.

Λίγο αργότερα ο Andrei Linde πρότεινε τον «χαοτικό πληθωρισμό», ανοίγοντας νέους ορίζοντες στην θεωρητική κοσμολογία.

Η πληθωριστική εποχή διήρκεσε από τα 10^(-36) δευτερόλεπτα, μετά την Μεγάλη Έκρηξη, σε κάποια στιγμή μεταξύ 10^(-33) και 10^(-32) δευτερόλεπτα μετά την μοναδικότητα.

Σύμφωνα με την θεωρία του Πληθωριστικού Σύμπαντος, το Σύμπαν διπλασιάζεται σε μέγεθος συνεχώς κάθε 10^(-34) sec. Συνεπώς τη χρονική στιγμή 10^(-33) sec, μετά τη στιγμή της δημιουργίας, ο δεδομένος όγκος του Σύμπαντος έχει υποστεί διπλασιασμό 10 φορές και αυξάνεται σε μέγεθος με ένα συντελεστή της τάξης του 2^100.

Μετά την πληθωριστική περίοδο, το Σύμπαν συνεχίζει να επεκτείνεται, αλλά με λιγότερο έντονο ρυθμό.

Αν δεν υπήρχε ο πληθωρισμός, αντί για την αύξηση της ακτίνας του σύμπαντος κατά 10^(50) φορές μέσα σε 10^(-32) του δευτερολέπτου, το σύμπαν θα είχε αυξηθεί μόνο κατά 30 φορές(!)

Μία από τις πιο παράξενες ιδιότητες του πληθωρισμού, είναι ότι έδρασε ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός.

Οι υπολογισμοί δείχνουν μια ταχύτητα διαστολής 100 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του φωτός. Κάτι τέτοιο επιτρέπεται από τη σχετικότητα γιατί δεν κινείται η ύλη, αλλά διαστέλλεται ο ίδιος ο χωροχρόνος.

Η ανάλυση της αρχής της απροσδιοριστίας από τον Edward Tryon, επιτρέπει την εμφάνιση ολόκληρου του σύμπαντος, από το κενό ή από το τίποτα, σαν μια κβαντική διακύμανση του κενού το οποίο επιτρέπεται από την κβαντική θεωρία.

* Η αιτία της Εκθετικής Διαστολής σύμφωνα με τον Alan Guth

Η εκθετική διαστολή του Σύμπαντος σύμφωνα με τον Alan Guth συνέβη καθώς ένα κβαντικό πεδίο, που ονομάζεται πεδίο ίνφλατον, υπέστη μια μετάβαση που διέστειλε εκθετικά το σύμπαν πριν καταλήξει σε μια φάση κανονικής βαρύτητας.

Το πεδίο αυτό πιστεύεται ότι είναι παρόμοιο με τα πεδία Higgs, που είναι υπεύθυνα για τη μάζα των στοιχειωδών σωματιδίων. Όταν η θερμοκρασία έπεσε κάτω από μια ορισμένη τιμή, συνέβη μια μετάβαση φάσης του πεδίου φουσκώματος.

Η μετάβαση φάσης απελευθέρωσε ενέργεια, η οποία μετατράπηκε σε θερμή ύλη και ακτινοβολία. Ανέπτυξε επίσης απωθητική δύναμη για να οδηγήσει τον πληθωρισμό. Ο πληθωρισμός σταμάτησε όταν το πεδίο inflaton εδραιώθηκε σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας.

Ευτυχώς για εμάς, η ενέργεια που απελευθερώθηκε ήταν ακριβώς η σωστή ποσότητα ώστε να οδηγήσει το σύμπαν προς την επιπεδότητα, λέει ο A. Guth.

* Προβλήματα που επιλύει ο κοσμικός πληθωρισμός

Ο κοσμικός πληθωρισμός επιλύει, με πολύ καλή ακρίβεια, τα προβλήματα του ορίζοντα, της ομοιογένειας και ισοτροπίας του σύμπαντος, της επιπεδότητάς του και των Μαγνητικών Μονοπόλων, που η Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης αδυνατεί να απαντήσει.

* Αποδοχή του Πληθωρισμού από την επιστημονική κοινότητα

Παρόλο που ο Πληθωρισμός γεννά κάποια νέα προβλήματα, έτυχε της ευρείας αποδοχής από τους αστροφυσικούς, ενώ μια σειρά από προβλέψεις του πληθωρισμού έχουν επιβεβαιωθεί από παρατηρήσεις. Ωστόσο μια σημαντική μειονότητα των επιστημόνων διαφωνεί με αυτή τη θέση.

Μία όμως θεωρία από μόνη της δεν αρκεί για να κλείσει την υπόθεση σχετικά με το μυστήριο του αρχέγονου σύμπαντος.

Η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMBR) παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες που ασχολούνται με την θεωρία του πληθωρισμού.

Η εκθετική διαστολή θα έπρεπε να είχε δημιουργήσει βαρυτικά κύματα, τα οποία θα είχαν αφήσει σημαντικά αποτυπώματα στην πόλωση της ακτινοβολίας υποβάθρου, τους αποκαλούμενους τρόπους (modes) Β.

Τα πειράματα εξακολουθούν να αναζητούν πόλωση B-mode στην CMB.

Τον Ιανουάριο του 1981, ο Guth δημοσίευσε την εργασία με τίτλο “Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems”.

Το 2002, ο Guth μοιράστηκε το βραβείο Dirac για την θεωρία του πληθωρισμού με τους φυσικούς Andrei Linde και Paul Steinhardt.

Το 2012, οι Guth και Linde βραβεύθηκαν με το Breakthrough Prize in Fundamental Physics for the innovation και το 2014, μαζί με τον Alexei Starobinsky, τιμήθηκαν με το βραβείο Kavli στην Αστροφυσική.

Ένα ωραίο βίντεο για τον κοσμικό Πληθωρισμό του A. Guth εδώ:

Πηγές:

Σχετικές αναρτήσεις: