1. Инфляция: революция в космологии

Инфляционная теория была предложена в 1980 году физиком Аланом Гутом, и она кардинально изменила наше представление о ранней Вселенной. Согласно инфляционной гипотезе, в первые миллисекунды существования Вселенной происходил экстремально быстрый экспоненциальный рост её объёма. Этот период инфляции объясняет несколько ключевых проблем стандартной космологии и объясняет многие наблюдения, такие как однородность и изотропность (равномерность) космического фона, а также структуру Вселенной на больших масштабах.

Основные положения инфляционной теории:

– Экспоненциальный рост: В начале существования Вселенной (в так называемую «период инфляции»), её размер увеличивался в десятки раз за каждую долю секунды, что привело к мгновенному «раздуванию» пространства.

– Устранение проблем модели большого взрыва: Теория инфляции эффективно решает несколько проблем стандартной модели космологии:

– Проблема горизонта: Все части Вселенной, на первый взгляд, не могли быть в достаточном контакте друг с другом, чтобы поддерживать однородность. Инфляция решает эту проблему, утверждая, что все участки Вселенной когда-то были в близком контакте до начала инфляции.

– Проблема плоскости: После инфляции Вселенная стала чрезвычайно близка к геометрической плоскости (когда её кривизна очень мала). Это позволяет наблюдать почти идеальную «плоскую» Вселенную.

– Проблема монополей: Существует теория, что в процессе ранней Вселенной могли бы возникнуть топологические дефекты (например, магнитные монополи), которые должны были быть обнаружены. Однако их не обнаружено, что также объясняется инфляцией.

– Тёмная энергия: Инфляция также предполагает существование формы энергии, которая не взаимодействует с материей, но оказывает влияние на её расширение. Это явление в дальнейшем связано с современным понятием тёмной энергии, которая ускоряет расширение Вселенной.

Математическая модель инфляции:

Инфляция описывается в рамках космологических уравнений Фридмана с добавлением поля инфлятора – гипотетического поля, которое приводит к ускоренному расширению. Это поле обладает высокой потенциальной энергией, и его взаимодействие с другим веществом приводит к столь быстрому росту Вселенной.

2. Пузырьковые вселенные и мультивселенная

Идея пузырьковых вселенных развилась как следствие инфляционной модели. В рамках инфляции мы предполагаем, что в определённые моменты времени разные участки пространства могут «переходить» через различные фазы расширения. Это ведет к образованию разных пузырьков Вселенных, которые развиваются по своим законам. Эти пузырьки могут быть независимыми вселенными, с разными физическими законами и константами, и образуют то, что называется мультивселенной.

Основные концепции пузырьковых вселенных:

– Глобальная инфляция: В соответствии с современной инфляционной теорией, инфляция происходит не только в нашей Вселенной, но и в других областях пространства. Это приводит к тому, что различные участки пространства могут начать инфлировать с различными темпами. Каждая такая область становится независимой Вселенной, которая развивается по своим законам.

– Местная инфляция: В рамках гипотезы пузырьковых вселенных, вселенная может быть разделена на множество локальных пузырей – каждый из которых может иметь собственную структуру, параметры (например, различные значения физической константы или даже различные законы физики). Это означает, что в других «пузырьках» Вселенной могут существовать абсолютно другие миры с отличной от нашего физикой.