通貨膨脹理論的描述與起源

通貨膨脹理論匯集了量子物理學(xué)和粒子物理學(xué)的思想，探索大爆炸之后宇宙的早期時刻。根據(jù)通貨膨脹理論，宇宙是在不穩(wěn)定的能量狀態(tài)下產(chǎn)生的，這迫使宇宙在早期迅速擴張。一個后果是宇宙比預(yù)期的要大得多，遠遠大于我們用望遠鏡觀察到的尺寸。另一個結(jié)果是，該理論預(yù)測了一些特征，例如能量的均勻分布和空間時間的平坦幾何形狀，這在big bang理論的框架內(nèi)以前沒有解釋過。

由粒子物理學(xué)家艾倫·古思（Alan Guth）于1980年開發(fā)的通貨膨脹理論，盡管大爆炸理論的核心思想在通貨膨脹理論發(fā)展之前已經(jīng)確立了多年，但通貨膨脹理論今天通常被認為是大爆炸理論中廣泛接受的組成部分。

通貨膨脹理論的起源

多年來，大爆炸理論已被證明非常成功，特別是通過發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景（CMB）輻射得到證實。盡管該理論在解釋我們所看到的宇宙的大多數(shù)方面方面取得了巨大成功，但仍存在三個主要問題：

• 同質(zhì)性問題（or，"為什么宇宙在大爆炸后一秒鐘如此難以置信地均勻？;"正如無盡宇宙：超越大爆炸）
• 平坦度問題
• 磁單極的預(yù)測過量產(chǎn)生

大爆炸模型似乎預(yù)測了一個彎曲的宇宙，其中能量分布均勻，并且有很多磁單極，沒有一個與證據(jù)相符。

粒子物理學(xué)家艾倫·古思（Alan Guth）在康奈爾大學(xué)1978年的一次講座中首次了解到平坦度問題羅伯特·迪克（Robert Dicke）。在接下來的幾年中，Guth將粒子物理學(xué)的概念應(yīng)用到了這種情況，并開發(fā)了早期宇宙的通貨膨脹模型。

Guth在1980年1月23日在斯坦福直線加速器中心的講座中介紹了他的發(fā)現(xiàn)。他的革命性思想是，粒子物理學(xué)核心的量子物理學(xué)原理可以應(yīng)用于大爆炸創(chuàng)造的早期階段。宇宙本來是以高能量密度創(chuàng)造的。熱力學(xué)規(guī)定宇宙的密度會迫使它迅速膨脹。

對于那些對更詳細感興趣的人來說，基本上宇宙將是在一個"假真空"Higgs機制關(guān)閉的情況下創(chuàng)建的（或者換句話說，Higgs-boson沒有't存在）。它將經(jīng)歷一個過冷過程，尋找一個穩(wěn)定的低能狀態(tài)（a&##34;真正的真空"其中Higgs機制開啟），正是這個過冷過程推動了快速擴張的通貨膨脹期。

有多快？宇宙的大小每10^-35秒翻一番。在10^-30秒內(nèi)，宇宙的大小將翻一番100000倍，這足以解釋平坦度問題。即使宇宙在開始時就有曲率，那么大的擴張會使它今天看起來很平坦。（考慮到地球的大小足夠大，我們看起來很平坦，即使我們知道我們所處的表面是球體外的彎曲。）

同樣，能量分布如此均勻，因為當(dāng)它開始時，我們是宇宙的一小部分，宇宙的一部分擴展得如此之快，以至于如果有任何主要的能量分布不均勻，它們'd太遠，我們無法察覺。這是同質(zhì)性問題的解決方案。

完善理論

據(jù)Guth所知，理論上的問題是，一旦通貨膨脹開始，它將永遠持續(xù)下去。似乎沒有明確的關(guān)閉機制。

此外，如果空間以這種速度不斷擴大，那么Sidney Coleman提出的關(guān)于早期宇宙的先前想法將起作用?？茽柭A(yù)測，早期宇宙中的相變是通過產(chǎn)生聚集在一起的微小氣泡而發(fā)生的。隨著通貨膨脹的到位，微小的氣泡彼此遠離得太快而無法合并。

俄羅斯物理學(xué)家安德烈·林德（Andre Linde）對這個問題著迷，并意識到還有另一種解釋可以解決這個問題，而在鐵幕的這一側(cè)（這是20世紀80年代，記住）安德烈亞斯·阿爾布雷希特（Andreas Albrecht）和保羅·J·斯坦哈德特（Paul J.Steinhardt）提出了類似的解決方案。

這種較新的理論變體是在整個20世紀80年代真正獲得牽引力并最終成為既定大爆炸理論的一部分。

通貨膨脹理論的其他名稱

通貨膨脹理論還有其他幾個名稱，包括：

• 宇宙通貨膨脹
• 宇宙通貨膨脹
• 通貨膨脹
• 舊通貨膨脹（Guth's原始1980年版理論）
• 新通貨膨脹理論（氣泡問題固定版本的名稱）
• 緩慢滾動通貨膨脹（氣泡問題固定版本的名稱）

該理論還有兩個密切相關(guān)的變體，混沌通貨膨脹和永恒通貨膨脹，它們之間有一些細微的區(qū)別。在這些理論中，通貨膨脹機制并不是在大爆炸之后立即發(fā)生一次，而是一直在不同的空間區(qū)域發(fā)生一遍又一遍地發(fā)生。他們假設(shè)一個快速乘法的"、 泡泡大學(xué)##34;作為multiverse的一部分。一些物理學(xué)家指出，這些預(yù)測存在于通貨膨脹理論的all版本中，所以不要認為它們是不同的理論。

作為量子理論，對通貨膨脹理論有一個現(xiàn)場解釋。在這種方法中，驅(qū)動機制是炎癥場或炎癥粒子。

注意：雖然現(xiàn)代宇宙理論中的暗能量概念也加速了宇宙的擴張，但所涉及的機制似乎與通貨膨脹理論中涉及的機制有很大不同。宇宙學(xué)家感興趣的一個領(lǐng)域是通貨膨脹理論可能導(dǎo)致對暗能量的洞察的方式，反之亦然。