ვარსკვლავები და გალაქტიკები, რომლებსაც დღეს ვხედავთ, ყოველთვის არ არსებობდნენ და რაც უფრო შორს მივდივართ, სამყარო უფრო მიუახლოვდება სამყაროს სრულყოფილად გლუვს, მაგრამ არსებობს სიბრმავე იმ სიგლუვესთან, რომლის მიღწევაც შეიძლებოდა, წინააღმდეგ შემთხვევაში ჩვენ არ გვექნებოდა რაიმე დღეს საერთოდ არ არსებობს სტრუქტურა. ამ ყველაფრის ახსნისთვის, საჭიროა დიდი ცვლილებები Big Bang- ში: კოსმოლოგიური ინფლაცია. (NASA, ESA და A. Feild (STScI))

რატომ არ არის ჩვენი სამყარო სრულყოფილი გლუვი?

ეს რომ ყოფილიყო, აქ არ ვიქნებოდით. მაგრამ არსებობს მეცნიერული პასუხი, რომელიც სანახაობრივად დადასტურდა.

როდესაც ჩვენ ვსწავლობთ ჩვენს სამყაროს, დავაკვირდებით პლანეტებს, ვარსკვლავებს, გალაქტიკებს და მათგან განცალკევებულ კოსმიურ ბადებს, ”გლუვი” არ არის პირველი სიტყვა, რომელიც გონზე მოდის. უზარმაზარი კოსმოსური ქსელი სამყაროში წარმოსახვითი ერთ – ერთი ყველაზე უცნაური რამ არის, დედამიწის მსგავსი პლანეტა დედამიწასთან დაახლოებით 1030 ჯერ უფრო მჭიდროა ვიდრე საშუალო. სამყარო ყოველთვის არ იყო ეს მწუხარე, ან არ განვითარდებოდა ისე, როგორც დღეს ვხედავთ. იგი თითქმის სრულყოფილად უნდა დაბადებულიყო, სადაც ნაკლოვანებები მხოლოდ 100000 ნაწილში მხოლოდ რამდენიმე ნაწილში იყო, ან პირველი გალაქტიკების ჩამოყალიბებას ასობით მილიონი წელი არ დასჭირდებოდა. მიუხედავად ამისა, ეს პატარა ნაკლოვანებები სასიცოცხლო მნიშვნელობის იყო, ან ჩვენ ვერ შევქმნით სტრუქტურას, რომელსაც დღეს ვხედავთ! საუკუნეების განმავლობაში იმის გაგების შემდეგ, როგორ მოხდა ეს, კოსმოლოგიის ერთ-ერთმა ყველაზე საკამათო თეორიამ, ინფლაციამ, პასუხი მოგვცა. ახლა, როდესაც ჩვენმა გაზომვებმა მიაღწია უპრეცედენტო სიზუსტით, მისი პროგნოზები სანახაობრივად გამოიყურება.

გაფართოებული სამყაროს ვიზუალური ისტორია მოიცავს ცხელ, მკვრივ მდგომარეობას, რომელიც ცნობილია როგორც დიდი აფეთქება და შემდგომში სტრუქტურის ზრდა და ფორმირება. ამასთან, იმისთვის, რომ მივიღოთ ის სტრუქტურა, რომელსაც დღეს ვხედავთ, სამყარო არ შეიძლებოდა დაბადებულიყო მშვენივრად გლუვი. (NASA / CXC / მ. ვეისი)

კოსმიური ინფლაციის თანახმად, ცხელი დიდი აფეთქება არ იყო სივრცისა და დროის დასაწყისი, არამედ იყო ცხელი, მკვრივი, სწრაფად გაფართოებული ადრეული მდგომარეობა. ეს იყო კოსმოსური ინფლაცია, ის ეტაპი, სადაც სამყაროში დომინირებდა არა მატერია და გამოსხივება, არამედ თავად კოსმოსური ენერგია, რომელიც შეიქმნა დიდი აფეთქება. ამ ინფლაციურ ფაზას ახასიათებდა სივრცის ექსპონენტური ექსპანსია, სადაც სამყარო გაორმაგდა, შემდეგ ოთხჯერ გაიზარდა, შემდეგ ოქტფლიქტი (და ა.შ.) სიდიდით, როგორც დრო მიდიოდა. 10–33 წამის შემდეგ, სტრიქონის თეორიული სტრიქონის ზომა იქნებოდა გადაჭიმული მასშტაბზე, ვიდრე დღეს დაკვირვებული სამყაროა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კოსმოსური ინფლაცია იღებს იმას, რაც მანამდე იყო და აძლიერებს მას ნამდვილად, ჭეშმარიტად და სრულყოფილად ბრტყელ და სწორად.

ინფლაცია იწვევს ექსპონენტურად სივრცის გაფართოებას, რამაც შეიძლება ძალიან სწრაფად გამოიწვიოს რაიმე ადრე არსებული მრუდი ან არაგლუვი სივრცე, რომელიც ჩნდება ბინა. თუკი სამყარო მას საერთოდ აქვს curvature, მას აქვს ასაფრენი ასვლა ასობითჯერ უფრო დიდი ვიდრე ის, რაც შეგვიძლია დავინახოთ. (E. Siegel (L); Ned Wright- ის კოსმოლოგიის სახელმძღვანელო (R))

როგორც ჩანს, ერთი შეხედვით, უზარმაზარი პრობლემაა. თუ ინფლაცია ქმნის სივრცეს, რომ იყოს ბრტყელი, ერთგვაროვანი და გლუვი, განასხვავებს სრულყოფილებისგან, მაშინ როგორ მოვიარეთ ჩვენთან დღეს ჭუჭყიანი სამყარო? როგორც ნიუტონის, ისე აინშტაინის სიმძიმის თეორიები არასტაბილურია არასრულყოფილების წინააღმდეგ, რაც იმას ნიშნავს, რომ თუ თითქმის, მაგრამ არცთუ ისე სრულყოფილად გლუვ სამყაროზე დაიწყებთ, დროთა განმავლობაში, ხარვეზები გაიზრდება და თქვენ აგარიდებთ სტრუქტურას. მაგრამ თუ სრულყოფილი სიგლუვეს დაიწყებთ, სიტყვასიტყვით არ ხარვეზებით, სამუდამოდ გსიამოვნებთ. მაგრამ ეს საერთოდ არ ემთხვევა იმ სამყაროს, რომელსაც ჩვენ საერთოდ ვხედავთ. იგი უნდა დაბადებულიყო ნაკლოვანებებით თავისი მატერიის სიმკვრივით.

იმ შეჯვარების / კლასტერული ნიმუშის რუქა, რომელიც გალაქტიკებს ჩვენს სამყაროში აჩვენებს დღეს. იქ მისვლის მოთხოვნა არის პირველადი ნაკლოვანებები მატერიის / ენერგიის სიმკვრივეში. (გრეგ ბეიონი / STScI / NASA გოდარდის კოსმოსური ფრენის ცენტრი)

ინფლაციის ეს გულუბრყვილო სურათი, შესაბამისად, არასრული უნდა იყოს. ამ ხარვეზების წარმოქმნა უნდა არსებობდეს, წინააღმდეგ შემთხვევაში სამყარო არ იარსებებდა ისე, როგორც ჩვენ ვხედავთ. მაგრამ სამყაროს მნიშვნელოვანი თვისება და ინფლაცია, გადარჩენისკენ მიდის ყველაზე სანახაობრივი გზით. ხედავთ, რომ ცარიელი ადგილი თავისთავად არ არის სრულყოფილად ბრტყელი და გლუვი, არამედ მცირე მასშტაბებში, კვანტურ რყევებს აჩვენებს.

კვანტური ველის თეორიის გაანგარიშების ვიზუალიზაცია, რომელიც აჩვენებს ვირტუალურ ნაწილაკებს კვანტურ ვაკუუმში. თუნდაც ცარიელ სივრცეში, ეს ვაკუუმი ენერგია არ არის ნულოვანი. (დერეკ ლეინბერი)

ეს შეიძლება იქნას მრავალი თვალსაზრისით: თანდაყოლილი გაურკვევლობა თვით სივრცის ენერგიასთან; როგორც ვაკუუმის რყევები; ან როგორც ნაწილაკების საწინააღმდეგო ნაწილაკების წყვილების არსებობა. მიუხედავად იმისა, თუ როგორ უყურებთ მას, ერთი რამ რჩება ცხადი: თუ თქვენ სამყაროს ენერგიის სიმკვრივის გრაფიკას შეადგენთ და მას ძალიან მცირე და მარცვლოვან მასშტაბებზე გადახედავთ, ნახავთ, რომ ეს არ იყო ერთიანი და მუდმივი სივრცეში ან დრო, მაშინაც კი, თუ თქვენ ამოიღეთ ეს ყველაფერი და გამოსხივება. არსებობს კვანტური რყევები, რომლებიც თან ახლავს თავად სივრცის ქსოვილს.

ადრინდელი სამყაროს ილუსტრაცია, როგორც კვანტური ქაფისგან, სადაც კვანტური რყევები მცირე მასშტაბებზე დიდი, მრავალფეროვანია და მნიშვნელოვანია. (NASA / CXC / M.Wiss)

ჩვეულებრივ, ეს რყევები საშუალოდ უქმნის ერთმანეთს და, ასე რომ, თქვენ უბრალოდ ამცირებთ ნულოვანი პუნქტის ენერგიას, რაც დადებითად მოქმედებს თვით სივრცეში. ინფლაციის დროს, ამ კვანტურ რყევებს საშუალება არ აქვთ საშუალო შეაფასონ, რადგან სივრცე ამ ექსპონენციალური ტემპით ფართოვდება!

ამის ნაცვლად, რაც ხდება, არის ის, რომ ეს რყევები იშლება მთელ სამყაროში, და ამიტომ კვანტური რყევების იდეა აღარ შემოიფარგლება ძალიან მცირე მასშტაბით. კვარტალებში, რომლებიც მხოლოდ მცირე წამი-წამია, ამ კვანტურ ეფექტებს შეეძლება ენერგიის რყევები იყოს ვარსკვლავურ, გალაქტიკურ, ან თუნდაც სამყაროს შემცველ მასშტაბებზე.

კვანტური რყევები, რომლებიც ვლინდება ინფლაციის დროს, სამყაროში გაჭიმულია, მაგრამ მათ ასევე იწვევს ენერგიის მთლიანი სიმკვრივის რყევება, რაც გვატოვებს სამყაროში დღეს არსებული სივრცითი ხრტილის არა-ნულოვანი რაოდენობით. ეს ველის რყევები იწვევს სიმკვრივის ნაკლოვანებებს ადრეულ სამყაროში, რაც შემდეგ იწვევს ტემპერატურის ცვალებადობას, რომელსაც ჩვენ განიცდიან კოსმიური მიკროტალღური ფონზე. (E. Siegel / Beyond Galaxy)

ინფლაცია გრძელდება, იქმნება ახალი კვანტური მასშტაბური რყევები, რის შედეგადაც დამატებითი და მცირე ზომის რყევები წარმოიქმნება უფრო მასშტაბური მასშტაბით. ეს გრძელდება და გრძელდება, ქმნის რყევების ნიმუშს და ყველა ზომის შემთხვევითი რეგიონებს, რომლებსაც აქვთ ჭარბი წონა და ენერგეტიკული სიმკვრივე, რამდენადაც ინფლაცია გრძელდება.

შემდეგ, განუსაზღვრელი ვადის გასვლის შემდეგ, ინფლაცია სრულდება. და როდესაც ეს ხდება, თვითონ ენერგია, რომელიც თან ახლავს თავისთავად სივრცეს, გარდაიქმნება მატერიაში, ანტიმეთერში და რადიაციად. ინფლაცია დამთავრდება, იწყება დიდი აფეთქება და სამყარო ივსება ნივთებით.

მაღალ ზედაპირზე მოცურებისას ბურთის ანალოგია, როდესაც ინფლაცია შენარჩუნებულია, ხოლო სტრუქტურა იშლება და ენერგიის განთავისუფლება წარმოადგენს ენერგიის ნაწილაკებად გადაქცევას. (ე. სიგელი)

მაგრამ იმ რეგიონებში, რომლებიც თავდაპირველად ჭარბი წონა იყო, ენერგეტიკის თვალსაზრისით უნდა დაიწყოს, ინფლაციის დროს იმ კვანტური რყევების გამო, იმ ადგილებზე ცოტა უფრო მეტი საკითხი, ანტიმატერი და გამოსხივება გამოდგება. რეგიონებში, რომლებსაც უმძიმეს მდგომარეობაში ჰქონდათ, საშუალოზე ცოტაოდენი საშუალო ნივთიერება, ანტიმატერი და გამოსხივება იარსებებს. ჭარბი სიმძიმისა და სიჭარბეების ამ სპექტრმა უნდა გამოიწვიოს სამყაროში, ტემპერატურული თვალსაზრისით, ოდნავ გაცივებული და უფრო ცხელი რეგიონები, ტემპერატურის თვალსაზრისით.

სივრცის რეგიონები, რომლებიც საშუალოზე ოდნავ მკვრივია, უფრო დიდ გრავიტაციულ პოტენციურ ჭაბურღილებს შექმნიან, რაც იმას ნიშნავს, რომ ამ რეგიონებიდან წარმოქმნილი შუქი უფრო ცივად გამოიყურება, როდესაც იგი ჩვენს თვალწინ მოვა. პირიქით, არანაკლებ მგრძნობიარე რეგიონები გამოიყურება ცხელ წერტილებზე, ხოლო საშუალო სიმკვრივის მქონე რეგიონებს ექნებათ მშვენივრად საშუალო ტემპერატურა. (E. Siegel / Beyond Galaxy)

მას შემდეგ, რაც სამყარო უკვე ცოტა ხნით მიმდინარეობს, აფართოებს და გაცივდება, გრავიტაცია მოქმედებს. ეს ზრდის რყევებს, რომლებიც არსებობდნენ ნებისმიერი მიმართულებით, რომლებმაც საშუალო დატოვეს. ოდნავ უფრო ცხელი რეგიონები, რომლებიც ნაკლებად მგრძნობიარეა, უფრო ადვილად დათმობენ თავიანთ საკითხს მკვრივი რეგიონებისთვის. უფრო ცივი რეგიონები, როგორც ჭარბი წონა, უპირატესობას ანიჭებს საკითხს უფრო ეფექტურად, ვიდრე დაბალი ან საშუალო სიმკვრივის მქონე რეგიონები.

გრავიტაციას შორის რთული წონასწორობაა, რომელიც მუშაობს ზემოთ მოყვანილი ლოგიკის შესაბამისად, ყველაფრის მოსაზიდად, და გამოსხივებას, რომელიც სწრაფად უბიძგებს იმ რეგიონებს, რომლებიც ძალიან მკვრივი ხდება ძალიან სწრაფად. ეს არის ძალების ეს ურთიერთკავშირი, გრავიტაციას, გამოსხივებასა და ინფლაციისგან პირველადი რყევებს შორის, რაც იწვევს მუწუკებს, ფრთებს და ნაკლოვანებებს, რასაც კოსმოსურ მიკროტალღურ ფონზე ვხედავთ.

CMB– ის ცვალებადობა დაფუძნებულია ინფლაციის შედეგად წარმოქმნილი პირველადი რყევების საფუძველზე. კერძოდ, მსხვილ მასშტაბებზე (მარცხნივ)

საშუალოდ, პირველადი რყევები უნდა ჰქონოდა საშუალოდ 1-ნაწილის 30,000 ან დაახლოებით, ანუ, როდესაც ჩვენ მივდივართ იმ რყევებზე, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ დიდი ბანგის მარცხენა შუქზე. ეს რყევები შემდეგ იზრდება, მას შემდეგ, რაც სამყარო ნეიტრალური ხდება და გამოსხივება შეწყვეტს ელექტრონების გაფანტვას, წარმოქმნას ფართომასშტაბიანი სტრუქტურა, რომელსაც დღეს ვხედავთ სამყაროში. დროთა განმავლობაში, ეს იწვევს გრავიტაციულ ზრდას ვარსკვლავებად, გალაქტიკებად, მტევნებად და მათგან განცალკევებულ კოსმიურ ბადებად.

დაწვრილებითი შეხედულება სამყაროზე ცხადყოფს, რომ იგი მატერიისგან შედგება და არა ანტიმატერია, რომ საჭიროა ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია, და რომ ჩვენ არ ვიცით რომელიმე საიდუმლოების წარმოშობა. ამასთან, CMB– ის რყევები, ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის ფორმირება და კორელაცია და გრავიტაციული ლინზების თანამედროვე დაკვირვებანი ყველა წერტილში ერთი და იგივე სურათისკენ მიდის, რაც გამომდინარეობს კოსმიური ინფლაციიდან. (კრის ბლეიკი და სემ მორფილდი)

თუ სამყარო დაიბადა მშვენივრად გლუვი, არ იქნებოდა შესაძლებელი დეტალური სტრუქტურის მოპოვება, როგორც დიდ მასშტაბებზე, ისე პატარაზე, რაც დღეს გვაქვს. ჩვენი დაკვირვებებით მოითხოვს, რომ როგორმე, ერთი და იგივე მასშტაბის რყევები არსებობს ყველა მასშტაბში, და რომ სამყაროს ამ გზით დაბადება სჭირდებოდა. როდესაც ინფლაცია პირველად თეორიზირებული იქნა 1970-იანი წლების ბოლოს და 1980-იანი წლების დასაწყისში, არ არსებობდა იმის ცოდნა, თუ როგორ გამოვლინდა ეს რყევები; ეს იყო პროგნოზი, რომ ინფლაციამ გააკეთა, რომ არ დადასტურდება ათწლეულების განმავლობაში! დადასტურება აქ სანახაობრივია, რადგან არცერთ სხვა თეორიას არ გააჩნია ამ რყევების გამომუშავების საშუალება, და დაკვირვებებით ემთხვევა ის, რაც ინფლაციას იწინასწარმეტყველებდა სრულყოფილ, შეუსაბამოდ მოქცეულ რეჟიმში, როგორც თანამგზავრებმა, როგორიცაა COBE, WMAP და ახლახანს პლანკმა, დააბრუნეს თავიანთი მონაცემები.

კვანტური რყევები, რომლებიც მოხდება ინფლაციის დროს, იშლება მთელ სამყაროში და როდესაც ინფლაცია მთავრდება, ისინი სიმკვრივის რყევებად იქცევა. დროთა განმავლობაში ეს იწვევს სამყაროში ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის მიღებას, აგრეთვე ტემპერატურის რყევას, რომელიც შეინიშნება CMB– ში. (E. Siegel, ESA / Planck– ის და DoE / NASA / NSF უწყებათაშორისი სამუშაო ჯგუფის მიერ მიღებული CMB– ს კვლევის შედეგად მიღებული სურათებით)

შედეგი არის ისეთი ამბავი, ისეთი დამაჯერებელი და მონაცემებთან შეთანხმებული, რომ ალტერნატივა პრაქტიკულად არ არსებობს. ინფლაცია არ არის მხოლოდ ის, რაც მოხდა დიდი აფეთქების შექმნის ან პრობლემების გადასაჭრელად, რაც წინასწარ ვიცოდით; მან რაოდენობრივი პროგნოზები გააკეთა იმის შესახებ, თუ რას შეიძლება ველოდოთ სამყაროში არსებობას, ადრეული დროიდან თანამედროვეებამდე და დაკვირვებებმა დაადასტურა ეს. ინფლაცია და მისი კვანტური ბუნება არის მიზეზი იმისა, რომ სამყარო დღეს სრულყოფილად არ არის გლუვი და ეს ძალიან კარგი რამ არის. ამის გარეშე, ჩვენთვის არასდროს შეიძლებოდა არსებობა.

იწყება Bang- ით ახლა ფორბსზე და გამოქვეყნებულია საშუალოზე მადლობა ჩვენი პატრიონის მომხრეებისთვის. ეთანმა დაწერა ორი წიგნი, Beyond The Galaxy, და Treknology: Science Star Trek– ის მეცნიერება Tricords– დან Warp Drive– მდე.