A teoria da inflação: resolver os problemas do universo de planicidade e horizonte

Na tentativa de compreender o universo, dois grandes problemas permaneceu: o problema planicidade

e a problema do horizonte. Para resolver estes, a teoria do big bang é modificado pela teoria da inflação, que afirma que o universo se expandiu rapidamente logo após ele foi criado. Hoje, os princípios que estão no coração da teoria da inflação tem um impacto profundo sobre a maneira que a teoria das cordas é visto por muitos físicos.

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Estes dois problemas podem ser declarou simplesmente como:

• problema do horizonte: A RCF é essencialmente a mesma temperatura em todas as direcções.

• problema Planicidade: O universo parece ter uma geometria plana.

questões do universo: demasiado longe e demasiado planas

O problema do horizonte (às vezes também chamado de problema homogeneidade) É que não importa qual direção você olhar no universo, você vê basicamente a mesma coisa (ver figura abaixo). Os radiação cósmica de fundo (RCF) as temperaturas ao longo do universo são, para uma muito alto nível de medição, quase exatamente a mesma temperatura em todas as direções. Isso realmente não deve ser o caso, se você pensar nisso com mais cuidado.

Se você olhar em uma direção no espaço, você está olhando realmente para trás no tempo. A luz que atinge o olho (ou telescópio) viaja à velocidade da luz, por isso foi emitida anos atrás. Isto significa que há um limite de 14 bilhões (ou mais) anos-luz em todas as direções. (O limite é na verdade mais longe porque o próprio espaço está se expandindo, mas você pode ignorar que, para efeitos deste exemplo.) Se houver qualquer coisa mais longe do que isso, não há nenhuma maneira para que ele já se comunicava com a gente. Então você olha para fora com seu telescópio poderoso e pode ver a radiação cósmica de fundo de 14 bilhões de anos-luz de distância (chamar este ponto A).

Se você agora olhar 14 bilhões de anos-luz na direção oposta (chamar este ponto B), você ver exatamente o mesmo tipo de CMBR nessa direção. Normalmente, você levar isto para dizer que toda a radiação cósmica de fundo no universo de alguma forma difusa por todo o universo, como aquecer um forno. De alguma forma, a informação térmica é comunicada entre os pontos A e B.

Mas Pontos A e B são 28 bilhões de anos-luz de distância, o que significa, porque o sinal não pode ir mais rápido do que a velocidade da luz, há‘s nenhuma maneira que poderia ter se comunicado com os outros em toda a idade do universo. Como é que eles se tornam a mesma temperatura, se não há nenhuma maneira para o calor para transferir entre eles? Este é o problema do horizonte.

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O problema nivelamento tem a ver com a geometria do nosso universo, que aparece (especialmente com evidências WMAP recente) para ser uma geometria plana, como representado na figura a seguir. A taxa de densidade de matéria e expansão do universo parece ser quase perfeitamente equilibrado, mesmo 14000000000 anos mais tarde, quando pequenas variações deveria ter crescido drasticamente. Porque isso não aconteceu, os físicos precisam de uma explicação para as variações menores não têm aumentado dramaticamente. Será que não existem as variações? Será que eles não crescem em variações em larga escala? Aconteceu alguma coisa com suavizá-los? O problema planicidade procura uma razão por que o universo tem uma geometria aparentemente tão perfeitamente plana.

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Estes três tipos de universos são representações simplificadas do caminho espaço naturalmente curvas no universo:

• universo fechado: Há matéria suficiente no universo que a gravidade acabará por superar a expansão do espaço. A geometria de uma tal universo é uma curvatura positiva. (Este combinado modelo original de Einstein sem uma constante cosmológica.)

• Abrir universo: Não há matéria suficiente para parar a expansão, de modo que o universo continuará a se expandir para sempre no mesmo ritmo. Este espaço de tempo tem uma curvatura negativa (sela em forma).

• universo plano: A expansão do universo e da densidade da matéria perfeitamente equilibrar, de modo a expansão do universo fica mais lento ao longo do tempo, mas nunca parar completamente. Este espaço não tem curvatura total.

A rápida expansão no início detém as soluções

Em 1980, o astrofísico Alan Guth propôs a teoria da inflação para resolver os problemas horizonte e planicidade (embora refinamentos posteriores por Andrei Linde, Andreas Albrecht, Paul Steinhardt, e outros foram obrigados a fazê-lo funcionar). Neste modelo, a expansão universal início acelerado a um ritmo muito mais rápido do que vemos hoje.

Acontece que a teoria inflacionária resolve tanto o problema planicidade e problema do horizonte (pelo menos para a satisfação da maioria dos cosmólogos e astrofísicos). O problema do horizonte é resolvido porque as diferentes regiões que vemos usado para estar perto o suficiente para se comunicar, mas durante a inflação, o espaço expandiu tão rapidamente que estas regiões próximas foram espalhadas para cobrir todo o universo visível.

O problema planicidade é resolvido porque o ato de inflação realmente achata o universo. Imagine um balão insuflado, o que pode ter todos os tipos de rugas e outras anomalias. Quando o balão se expande, porém, a superfície suaviza. De acordo com a teoria da inflação, isso acontece com o tecido do universo também.

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Além de resolver os problemas horizonte e planicidade, a inflação também fornece as sementes para a estrutura que vemos em nosso universo hoje. variações de energia minúsculos durante a inflação, devido simplesmente a incerteza quântica, tornar as fontes para assunto para se aglutinarem, tornando-se galáxias e aglomerados de galáxias.

Um problema com a teoria inflacionária é que o mecanismo exato que causaria - e, em seguida, desligue - o período inflacionário não é conhecido. Muitos aspectos técnicos da teoria inflacionária continuam sem resposta, embora os modelos incluem um campo escalar chamado de campo inflaton e uma partícula teórica correspondente chamada de inflatón. A maioria dos cosmologistas hoje acreditam que alguma forma de inflação provavelmente teve lugar no início do universo.

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