Die Inflationstheorie: Entwicklung des Universums Probleme der Planheit und Horizon Solving

Bei dem Versuch, das Universum, zwei große Probleme zu verstehen geblieben: die Planheitsproblem

und das Horizontproblem. Zur Lösung dieser wird der Urknall-Theorie durch die modifizierte Inflationstheorie, die besagt, dass das Universum schnell kurz erweitert, nachdem sie erstellt wurde. Heute sind die Prinzipien in den Mittelpunkt der Inflationstheorie haben einen großen Einfluss auf die Art und Weise, dass die String-Theorie von vielen Physikern betrachtet wird.

Diese beiden Probleme können einfach wie folgt ausgedrückt werden:

• Horizon Problem: Die CMBR ist im Wesentlichen die gleiche Temperatur in alle Richtungen.

• Planheitsproblem: Das Universum erscheint eine flache Geometrie zu haben.

Das Universum Fragen: Zu weit und zu flach

Der Horizont-Problem (auch manchmal genannt Homogenität Problemdie Richtung, die Sie im Universum sehen, sehen Sie im Grunde die gleiche Sache (siehe folgendes Bild) ist, dass egal). Die kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMBR) Temperaturen im ganzen Universum sind, um eine sehr hohe Mess, fast genau die gleiche Temperatur in jede Richtung. Das sollte wirklich nicht der Fall sein, wenn man es sorgfältig mehr denken.

Wenn Sie in einer Richtung im Raum suchen, sind Sie auf der Suche tatsächlich in der Zeit zurück. Das Licht, das das Auge trifft (oder Teleskop) bewegt sich mit der Geschwindigkeit des Lichts, so war es vor Jahren emittiert. Das heißt, es gibt eine Grenze von 14 Milliarden (oder so) Lichtjahre in alle Richtungen. (Die Grenze ist tatsächlich weiter, weil der Raum selbst expandiert, aber Sie können, dass dieses Beispiel für die Zwecke ignorieren.) Wenn irgendetwas ist weiter weg als das, gibt es keine Möglichkeit für sie überhaupt mit uns mitgeteilt zu haben. So suchen Sie mit Ihrem leistungsstarken Teleskop und die CMBR von 14 Milliarden Lichtjahren sehen weg (nennen diesen Punkt A).

Wenn Sie nun in die entgegengesetzte Richtung schauen 14 Milliarden Lichtjahre (nennen diesen Punkt B), sehen Sie genau die gleiche Art von CMBR in diese Richtung. Normalerweise würde man das so verstehen, dass alle CMBR im Universum irgendwie im ganzen Universum diffundiert ist, wie ein Ofen aufheizt. Irgendwie wird die thermische Informationen zwischen den Punkten A und B mitgeteilt

Aber Punkte A und B sind 28 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt, was bedeutet, da kein Signal gehen kann schneller als die Lichtgeschwindigkeit, Dort'keine Möglichkeit, sie miteinander im gesamten Alter des Universums mitgeteilt haben könnte. Wie haben sie die gleiche Temperatur, wenn es keine Möglichkeit für Wärme zwischen ihnen zu übertragen? Dies ist das Horizontproblem.

Die Planheits Problem hat mit der Geometrie des Universums zu tun, die (vor allem mit den jüngsten WMAP Beweise) erscheint eine flache Geometrie zu sein, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Materiedichte und Expansionsrate des Universums erscheinen nahezu perfekt ausbalanciert, auch 14000000000 Jahre später sein, wenn kleinere Abweichungen sollten drastisch gewachsen. Da dies nicht geschehen ist, müssen die Physiker eine Erklärung dafür, warum haben die kleineren Variationen nicht dramatisch erhöht. Gab es die Variationen nicht? Haben sie wachsen nicht in großen Variationen? Ist etwas passiert, sie zu glätten? Die Ebenheit Problem sucht einen Grund, warum das Universum so eine scheinbar vollkommen flache Geometrie hat.

Diese drei Arten von Universen sind vereinfachte Darstellungen der Art und Weise Raum natürlich Kurven im Universum:

• Geschlossen Universum: Es gibt genug Materie im Universum, dass die Schwerkraft schließlich die Expansion des Raumes überwunden wird. Die Geometrie eines solchen Universum ist eine positive Krümmung. (Dieses abgestimmte ursprüngliche Modell des Einstein ohne kosmologische Konstante.)

• Öffnen Universum: Es gibt nicht genug Materie Expansion zu stoppen, so dass das Universum für immer mit der gleichen Geschwindigkeit weiter ausbauen werden. Dieser Raum-Zeit eine negative Krümmung (sattelförmigen).

• Wohnung Universum: Die Expansion des Universums und die Dichte der Materie Balance besonders aus, so Expansion des Universums verlangsamt sich im Laufe der Zeit aber nie ganz vollkommen anhält. Dieser Raum hat keine Gesamtkrümmung.

Die schnelle Expansion hält frühzeitig die Lösungen

Im Jahr 1980 schlug Astrophysiker Alan Guth die Inflationstheorie der Horizont und Planheitsprobleme zu lösen (wurden, obwohl später Verfeinerungen von Andrei Linde, Andreas Albrecht, Paul Steinhardt und anderen erforderlich ist, um es an die Arbeit). In diesem Modell beschleunigt die frühe universelle Expansion mit einer Geschwindigkeit viel schneller als wir heute sehen.

Es stellt sich heraus, dass die Inflationstheorie löst sowohl die Planheitsproblem und Horizont-Problem (zumindest zur Zufriedenheit der meisten Kosmologen und Astrophysiker). Der Horizont Problem gelöst ist, weil die verschiedenen Regionen, die wir nahe genug gebraucht, um zu kommunizieren, aber während der Inflation, Raum so schnell erweitert, dass diese engen Regionen wurden ausgebreitet gesamte sichtbare Universum zu decken.

Die Planheits Problem gelöst ist, weil der Akt der Inflation das Universum tatsächlich abflacht. Bild nicht aufgeblasenen Ballon, die alle Arten von Falten und andere Anomalien aufweisen. Wenn der Ballon expandiert, obwohl, glättet die Oberfläche aus. Auch nach dem in Inflationstheorie, geschieht dies auf das Gewebe des Universums.

Zusätzlich zu den Horizont und Planheitsprobleme zu lösen, die Inflation stellt auch die Samen für die Struktur, die in unserem Universum heute sehen. Kleine Energieschwankungen während der Inflation aufgrund einfach zu Quantenungewißheit, werden die Quellen für die Materie zusammenklumpen, schließlich Galaxien und Galaxienhaufen werden.

Ein Problem, mit dem Inflations Theorie ist, dass der genaue Mechanismus, der dazu führen würde - und dann wieder aus - der Inflationszeit ist nicht bekannt. Viele technische Aspekte der Inflationstheorie unbeantwortet bleiben, obwohl die Modelle einen skalaren Feld mit dem Namen gehören ein inflaton Feld und eine entsprechende theoretische Teilchen genannt ein inflaton. Die meisten Kosmologen glauben heute, dass irgendeine Form von Inflation fand wahrscheinlich im frühen Universum.