Введення:
Одна з труднощів, на яку натрапляє традиційна теорія Великого вибуху, - необхідність пояснити, звідки береться колосальне кількість енергії, що вимагається для народження частинок. Не так давно увагу вчених залучила видозмінена теорія Великого вибуху, яка пропонує відповідь на це питання. Вона носить назву теорії роздування і була запропонована в 1980 році співробітником Массачусетського технологічного інституту Аланом Гутом. Основна відмінність теорії роздування від традиційної теорії Великого вибуху полягає в описі періоду з 10-35 до 10-32 с. За теорією Гута приблизно через 10-35 с. Всесвіт переходить в стан "псевдовакуума", при якому її енергія виключно велика. Через це відбувається надзвичайно швидке розширення, набагато більш швидке, ніж з теорії Великого вибуху (воно називається роздмухуванням). Через 10-35 с. після утворення Всесвіт не містила нічого крім чорних міні-дір і "обривків" простору, тому при різкому роздуванні утворилася на одна всесвіт, а безліч, причому деякі, можливо, були вкладені одна в одну. Кожен з ділянок піни перетворився на окрему всесвіт, і ми живемо в одній з них. Звідси випливає, що може існувати багато інших всесвітів, недоступних для нашого спостереження.
Хоча в цій теорії вдається обійти ряд труднощів традиційної теорії Великого вибуху, вона й сама не вільна то недоліків. Наприклад, важко пояснити, чому, розпочавшись, роздування зрештою припиняється. Від цього недоліку вдалося звільнитися в новому варіанті теорії роздування, що з'явилося в 1981 році, але ньому теж є свої труднощі.
Сценарій "роздувається Всесвіту".
Строго кажучи, існує кілька таких сценаріїв. Перші з них з'явилися на початку 80-х років (1980 р. - американський фізик А. Гус; 1981 р. - радянський фізик А. Д. Лінде і трохи пізніше - американські фізики П. Стейнхардт і А. Альбрехт; 1983 р. - новий сценарій, який отримав назву "хаотичного роздування", розробив А. Д. Лінде). Розробкою гіпотези "роздувається Всесвіту" вчені продовжують активно займатися і зараз в нашій країні і за кордоном.
Сценарій "роздувається всесвіту не скасовує такі найважливіші результати, отримані релятивістської космологією, як фрідмановская теорія розширення Метагалактики, теорія" гарячого Всесвіту ", і т.д. Моделі" роздувається Всесвіту "дозволяють наблизиться до початку розширення та дослідити раніше взагалі не розглядалися процеси, які відбувалися в першу секунду, а точніше, в перші миті історії Метагалактики. Передбачається, що в історії дуже ранній нашого Всесвіту величезну роль грав фізичний вакуум, який, як ми знаємо, має антигравітаційним властивостями, тобто здатний замість звичайного гравітаційного тяжіння створювати потужне гравітаційне відштовхування.
Сценарій "роздувається Всесвіту" не скасовує Великий вибух, на початку якого щільність матерії перевершувала 1096 кг/м3, а властивості простору і часу поки нам невідомі. Через 10-45 с після початку розширення щільність матерії стала 1096 кг/м3 (це майже на вісімдесят порядків більше щільності атомного ядра і незмірно більше щільності фізичного вакууму). До тих пір поки щільність фізичного вакууму (1077 кг/м3) залишалася багато менше щільності реальних гарячих частинок і античастинок, антигравітаційні властивості такого "помилкового вакууму" не чинили значного впливу на характер розширення. Але вже через 10-34 с після початку розширення температура була порядку 1027 K, а щільність звичайної матерії став такою ж, як і щільність "помилкового вакууму". У цих умовах гравітаційне відштовхування перевершує сили тяжіння. Під дією негативного тиску фізичного вакууму наш Всесвіт почала прискорено розширюватися. За кожні 10-34 з відстань між довільно обраними елементами середовища подвоювалося або стало експотенціально рости (графік такого процесу експонента - крива показовою функції з основою e). Таким чином, фрідмановскому розширенню, при якому
R (t) ~ t1 / 2,
передувала стадія еволюції Всесвіту при якій
R (t) ~ (H01)-1eHt,
де H01 стала Хаббла, яка тоді різко відрізнялася від сучасного значення.
"Роздування" продовжувалося незначне (за нашими уявленнями) час - близько 10-32 с, але цього вистачило для того, щоб розмір народжуваної Метагалактики жахливо збільшився: по одним моделям в 1050 разів, а за іншими - в 101 000 000 разів. Без "роздування" розміри збільшилися б лише в 10 разів.
В принципі не виключено, що в історії нашого Всесвіту була не одна, а декілька "інфляційних" стадій, але так чи інакше "роздування" було явищем короткочасним. З розширенням Всесвіту швидко зменшувалися щільність і температура звичайного речовини. З розширенням Всесвіту швидко зменшувалися щільність і температура звичайного речовини. Настали переохолодження і фазовий перехід середовища зі стану "помилкового вакууму" у стан істинного вакууму, щільність якого мало відрізняється від нуля. Цей перехід супроводжується виділенням дуже великої енергії, перш за все скутою в "фальшивому вакуумі". Звільнена енергія витрачалася на народження (з фізичного вакууму) безлічі реальних частинок і античастинок. Швидкості руху та енергії новонароджених частинок були дуже великі, а тому Всесвіт знову розігрілася до температури порядку 1027 K, а "інфляційна" стадія еволюції Метагалактики змінилася вже відомої нам стадією "гарячого Всесвіту". Вихідний об'єм, з якого почалося "інфляційний" розширення простору, був не менш 10-33 см3. Ось цей обсяг миттєво виріс до обсягу, багаторазово перевершує нинішні розміри Метагалактики.
Легко переконатися в тому, що розміри Метагалактики збільшувалися з надсвітовою швидкістю. Це явище не суперечить спеціальної теорії відносності, яка забороняє поширення сигналів з надсвітовою швидкостями, але не обмежує швидкість зростання розмірів будь-якої системи. Також, вражає той факт, що з незначною маси (10-5 г) яка містилася в крихітному обсязі простору до початку "інфляційної" стадії, виникла Метагалактика з масою порядку 1050 т. Це сталося в результаті роботи досконалої гравітаційними силами.