KOSMOLOGIJA

Pripremio: Vladimir Jevtić

Teorija inflacije

Fino podešavanja Univerzuma

Američki fizičar i kosmolog Alan Gut (Alan Guth) je, zajedno sa saradnicima. 1980. formulisao tzv. “ teoriju inflacije ” kako bi objasnio opaženu homogenost Univerzuma. Pomenuta teorija ?? postala jedna od najuspešnijih teorija u istoriji kosmologije pre svega zahvaljujući tome što je, za razliku od čuvene teorije Velikog praska, uspela da objasni određena svojstva kosmosa. Naime, teorija inflacije objašnjava fenomen ravnog Univerzuma .

Alan Gut (Alan Guth)

Ukoliko uzmemo u obzir širu sliku našeg univerzuma, zakrivljenost prostor-vremena je gotovo jednaka nuli. Po Gutovoj teoriji se, na kraju ere velikog objedinjenja, dogodilo inflatorno širenje svemira koje je uzrokovala negativna energija vakuuma. Stopa kojom se prostor širio bila je znatno veća od brzine svetlosti a to je uticalo da se prečnik Univerzuma eksponencijalno poveća. Prostor-vreme se proširilo u toj meri da je inflacija “ poravnala ” sve nepravilnosti u geometriji prostor-vremenskog kontinuuma. Osim toga, teorija inflacije nudi objašnjenje za uniformnost kosmosa koja se ogleda u činjenici da nam Univerzum izgleda isti bez obzira u kom pravcu vršili osmatranja.

Sudbinu našeg kosmosa određuju gustina materije u Univerzumu, vrednost energije vakuuma i stopa širenja kosmosa, odnosno Hablova konstanta. Međutim, rezultati opažanja ukazuju da je vrednost gustine materije u svemiru gotovo jednaka jedinici. Ovo je, sedamdesetih godina prošlog veka, predstavljalo veliki problem za kosmologe zato što, na osnovu Ajnštajnovih jednačina, proizlazi da bi gustina materije u Univerzumu trebalo da bude gotovo jednaka nuli.

Lažni vakuum

Teorija inflacije objašnjava i ovu činjenicu, bez potrebe da se pozivamo na problematično fino podešavanje Univerzuuma. Osmatranja tzv. mikrotalasnog pozadinskog zračenja su otkrila da je zbir prve dve gorepomenute vrednosti jednak 1. Ova vrednost podrazumeva ravan Univerzum, što je u skladu sa predviđanjima teorije inflacije po kojoj je eksponencijalno širenje prostora u inflatornoj eri posle Velikog praska “poravnalo” geometriju našeg univerzuma.

Teorija inflacije podrazumeva da je svemir počeo u stadijumu tzv. “lažnog vakuuma” koji se odlikuje višom energijom od stanja koje karakteriše pravi vakuum. Ključno je da stanje lažnog vakuuma teži stanju sa nižom energijom i, upravo na tom mestu, u dejstvo stupa kosmološka konstanta ili vrednost energije vakuuma ? koja uzrokuje inflatorno širenje univerzuma do koga dolazi prilikom ove vrste faznog prelaza. Odbojna sila energije vakuima je u trenutku povećala prečnik vidljivog univerzuma za red veličina 10 exp50 .

Takođe, stanje lažnog vakuuma karakteriše jedinstvo fizičkih sila koje je najverovatnije karakterisalo trenutak neposredno nakon Velikog praska, odnosno tzv. Plankovu eru, 10exp-43 sekunde posle eksplozije u kojoj je stvoren na š univerzum, kao i eru velikog objedinjenja. Tek sa stvaranjem vakuuma, prilikom inflatornog širenja kosmosa, dolazi do razbijanja simetrije i odvajanja sila što je dovelo do toga da danas u Univerzumu opažamo četiri fundamentalne prirodne sile. Tzv. spontano slamanje simetrije dogodilo se u elektro slaboj eri, 10exp-35 sekunde nakon Velikog praska.

Večna haotična inflacija

Da bi našao izlaz iz problema koji se ticao fizičkog procesa koji bi dovoljno prolongirao inflaciju, Andrej Linde (Andrei Linde) je 1986. predložio novu verziju teorije inflacije koja je rešila neke od problema prvobitne Gutove teorije. Naime, po teoriji “večne haotične inflacije” , koja je uzela u obzir kvantu teoriju, načelo neodređenosti podrazumeva da količina energije lažnog vakuuma varira. Ove varijacije predstavljaju tzv. kvantne fluktacije lažnog vakuuma koje dovode do inflacije i spontanog razbijanja simetrije u nasumičnim oblastima prostora. Veličina ekspanzije je neznatna; međutim, pošto je ovaj proces nasumičan, u određenom trenutku nastaće inflacija koja će dovoljno dugo trajati da bi stvorila oblast koja zatim prolazi kroz fazu inflatornog širenja. Ključno je da ova oblast predstavlja poseban univerzum poput našeg kosmosa . Ova teorija implicira da je i naš svemir nastao na ovaj način.

Uprkos tome što se čini da teorija inflacije u popriličnoj meri predstavlja ad hoc teoriju, ona, osim eksplanatorne snage, poseduje i zanimljiva predviđanja kao što je eventualno postojanje multiverzuma koji predstavlja skup koji se sastoji od mogućeg beskonačnog broja međusobno kauzalno nepovezanih univerzuma. Ovo implicira da je naš svemir takođe nastao putem procesa inflacije i spontanog slamanja simetrije unutar nekog drugog, “roditeljskog” univerzuma, a ovo povlači mogućnost da će i iz našeg svemira nastati neki drugi univerzum. Na osnovu toga možemo da zaključimo da haotična inflacija predstavlja proces večne kreacije univerzuma .

Ova teorija može da objasni poznate antropičke koincidencije koje ukazuju na to da je naš univerzum “ fino podešen ” za život. U skladu sa antropičkim principom, teorija koja povlači postojanje multiverzuma mogla bi da objasni zašto je naš univerzum pogodan za razvoj i opstanak života. Naime, naš univerzum je samo jedan član datog beskonačnog skupa univerzuma, pa ne moramo da se pozivamo na činjenicu da je naš univerzum fino podešen za život. Iako daleko veći broj univerzuma koji čine multiverzum nije pogodan za život, inteligentni posmatrači postoje u onom delu skupa čiji zakoni pogoduju opstanku života. Međutim, problem nije tako jednostavan. Pojednostavljeno, mi ne možemo da kažemo da neki univerzum, koji po pretpostavci poseduje svojstva kao što je inflatorna ekspanzija koja pogoduju životu, jeste favorizovan od strane procesa večne inflacije jer ne možemo da odredimo verovatnoću koja nam govori kolika je učestalost pogodnih univerzuma.

Vladimir Jevtić