Inflácia (vesmír)

Inflácia (iné názvy: kozmická inflácia, kozmologická inflácia) bola teoretická extrémne rýchla exponenciálna expanzia objemu raného vesmíru rádovo minimálne o faktor 1078, spôsobená negatívnym tlakom hustoty energie vákua. Inflačná epocha predstavuje prvú časť elektroslabej epochy, ktorá nasleduje po epoche veľkého zjednotenia. Trvala od 10-36 sekúnd po Veľkom tresku do času medzi 10-33 a 10-32 sekúnd. Po období inflácie naďalej pokračuje rozpínanie vesmíru, ale je omnoho pomalšie.
Termín inflácia sa tiež používa vo význame hypotézy, že inflácia sa odohrala, ako označenie inflačnej teórie alebo ako označenie inflačnej epochy. Inflačnú hypotézu navrhol v roku 1980 americký fyzik Alan Harvey Guth, ktorý ju pomenoval inflácia. V roku 1981 ju navrhol aj Katsuhiko Sato.
Pôvod vesmíru v malom, kauzálne prepojenom priestore je priamym dôsledkom tejto expanzie. Inflácia rieši klasický problém kozmológie Veľkého tresku: prečo sa vesmír zdá plochý, homogénny a izotropný , v súlade s kozmologickým princípom, kedy by sa na základe fyziky Veľkého tresku dal očakávať veľmi zakrivený a heterogénny vesmír. Kvantové fluktuácie v mikroskopickej inflačnej
oblasti narástli do kozmických rozmerov a stali sa základom pre rast štruktúr vo vesmíre (pozri Vznik a vývoj galaxií a vznik štruktúr).
Aj keď detailný mechanizmus časticovej fyziky zodpovedný za infláciu nepoznáme, tak základný rámec vytvoril mnoho predpovedí, ktoré boli potvrdené pozorovaniami. Preto sa inflácia považuje za súčasť štandardnej kozmológie Veľkého tresku. Hypotetická častica alebo pole, ktoré by mal byť zodpovedné za infláciu, sa nazýva inflatón.
Prehľad.
Vo všeobecnosti rozpínajúci vesmír obsahuje kozmologický horizont, ktorý analogicky so známejším horizontom, spôsobeným zakrivením zemského povrchu, označuje hranicu časti vesmíru, ktorý je pre pozorovateľa viditeľná. Svetlo (alebo iné žiarenie), vyžiarené objektom za kozmologickým horizontom, sa nikdy nedostane k pozorovateľovi, pretože priestor medzi pozorovateľom a objektom sa rozpína príliš rýchlo.
Existujú dva spôsoby, ako opísať časopriestor s horizontom: lokálne a globálne. Lokálny opis obsahuje len to, čo je viditeľné z daného bodu v časopriestore, globálny opis zahŕňa aj neviditeľné oblasti za horizontom. Proces rozširovania dáva tieto dva spôsoby do súvislosti. Hocikde sa horizont nachádza, tak čiastočné riešenie Všeobecnej relativity sa dá rozšíriť zaň pomocou predpokladu, že sa tam nedeje nič špeciálne (tzn. že vyzerá rovnako, ako oblasť v rámci horizontu). Lokálny a globálny pohľad sa líši ponímaním času. Z lokálneho pohľadu je horizont nekonečne ďaleko v budúcnosti a nikdy ho nič nedosiahne, zatiaľ čo z globálneho pohľadu predstavuje horizont bežný povrch v určitom čase a obe, čas aj priestor, existujú aj za ním. Pokiaľ ignorujeme kvantovú mechaniku, tak tieto dva pohľady sú rovnaké: hocijaké fyzikálne tvrdenie sa dá presúvať tam a späť a výsledky všetkých fyzikálnych experimentov sa v oboch zhodujú.
Pozorovateľný vesmír v globálnom pohľade kozmológie predstavuje jednu kauzálnu oblasť väčšieho nepozorovateľného vesmíru. Existujú časti vesmíru, ktoré s nami ešte nemôžu komunikovať. Tieto časti sú mimo súčasného kozmologického horizontu. V štandardnom modeli Veľkého tresku, bez inflácie, sa horizont posúva smerom von a môžeme viac vidieť. Oblasti, ktoré vidíme po prvýkrát, sa nijako neodlišujú od priestoru, ktorý sme doteraz videli. Obsahujú žiarenie pozadia s takmer rovnakou teplotou, akú má žiarenie pozadia v iných oblastiach, a ich zakrivenie časopriestoru sa vyvíja zároveň s naším. Toto predstavuje záhadu: ako tieto nové oblasti "vedeli", akú majú mať teplotu a zakrivenie? Nemohli to zistiť prostredníctvom signálov, pretože predtým s nami nemohli komunikovať.
Inflácia odpovedá na túto otázku tvrdením, že všetky oblasti pochádzajú zo skoršej éry s veľkou energiou vákua alebo kozmologickou konštantou.