Kami sangat menyesal, kami tidak berpeluang untuk mengundurkan masa dan melihat bagaimana Alam Semesta berkembang pada minit-minit pertama kehidupannya. Dengan menggunakan data matematik dan pemerhatian, minda terbaik di planet ini membina model yang paling berani. Salah satunya ialah inflasi kosmik.
Teori inflasi, atau model inflasi alam semesta, menggabungkan idea dari fizik kuantum dan fizik zarah untuk meneroka detik-detik awal alam semesta sejurus selepas Big Bang. Menurutnya, Alam Semesta terbentuk dalam keadaan yang sangat tidak stabil, yang memicu pengembangannya yang cepat pada saat-saat pertama. Salah satu akibat pengembangan ini adalah bahawa Alam Semesta jauh lebih besar daripada yang dijangkakan pada awalnya, dan terbentang jauh lebih jauh daripada yang dapat dilihat oleh teleskop kita. Di samping itu, teori ini meramalkan beberapa sifat yang tidak dijelaskan dalam kerangka teori Big Bang, seperti pengagihan tenaga yang seragam dan geometri ruang-waktu yang rata.
Teori alam semesta inflasi dikembangkan oleh ahli fizik Alan Guth pada tahun 1980. Hari ini ia dianggap sebagai bahagian yang diterima secara umum dari teori Big Bang, walaupun idea-idea pusat yang terakhir telah dibuat lebih awal daripada teori inflasi yang dirumuskan.
Bagaimana semuanya bermula
Teori Big Bang menunjukkan dirinya sangat berjaya selama bertahun-tahun - khususnya, memandangkan ia disahkan melalui penemuan sinaran relik (latar belakang gelombang mikro). Namun, di sebalik kejayaan besar teori ini dalam menjelaskan sebahagian besar aspek yang diperhatikan di
Alam semesta, tiga masalah tetap ada:
- Masalah homogenitas, atau mengapa alam semesta begitu seragam hanya sesaat setelah Big Bang;
- Masalah kerataan;
- Ramalan pengeluaran monopol magnetik yang berlebihan.
Model Big Bang nampaknya meramalkan alam semesta melengkung di mana tenaga diedarkan tidak rata dan di mana terdapat banyak monopol magnet. Walau bagaimanapun, semua ini tidak sepadan dengan data.
Ahli fizik Alan Guth pertama kali mengetahui mengenai masalah kerataan pada ceramah oleh Robert Dick di Cornell University pada tahun 1978. Pada tahun-tahun berikutnya, Guth menerapkan konsep dari fizik zarah ke keadaan ini dan mengembangkan model inflasi alam semesta awal.
Pada 23 Januari 1980, Guth menyampaikan penemuannya dalam kuliah di SLAC National Accelerator Laboratory. Idea revolusionernya adalah bahawa prinsip-prinsip fizik kuantum dari inti fizik partikel dapat diterapkan pada masa-masa awal Big Bang. Menurutnya, alam semesta seharusnya mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi. Menurut termodinamika, kepadatan alam semesta semestinya menyebabkannya mengembang pada kadar yang luar biasa.
Sebenarnya, menurut model baru pada masa itu, Alam Semesta seharusnya muncul dalam "kekosongan palsu" dan dengan ketiadaan mekanisme Higgs (dengan kata lain, boson Higgs tidak wujud). Dia harus melalui proses hipotermia untuk mencari keadaan tenaga rendah yang stabil ("vakum sejati" di mana mekanisme Higgs beroperasi) - dan itulah yang memicu tempoh pengembangan yang cepat.
Berapa cepat? Menurut model, alam semesta berlipat ganda setiap 10-35 saat. Oleh itu, dalam 10 yang pertama-30 beberapa saat selepas Big Bang, ukurannya akan berlipat ganda sebanyak 100,000 kali, yang lebih dari cukup untuk menjelaskan masalah kerataan. Walaupun alam semesta mempunyai kelengkungan tertentu sejak awal, tahap pengembangan ini akan membawa kepada fakta bahawa hari ini semuanya akan kelihatan rata. (Perhatikan bahawa Bumi cukup besar untuk membuatnya kelihatan rata kepada kita, walaupun kita tahu bahawa permukaan yang kita berdiri melengkung dan membentuk objek bulat.)
Di samping itu, tenaga diagihkan secara merata kerana pada awalnya kita adalah bahagian yang sangat kecil dari Alam Semesta, yang berkembang dengan begitu cepat sehingga walaupun terdapat penyimpangan yang signifikan dalam pengagihan tenaga, mereka akan terlalu jauh dari kita kerana kita boleh melihat atau merasakannya. Ini seterusnya berfungsi sebagai penyelesaian untuk masalah homogenitas.
Perkembangan teori
Menurut Alan Guth sendiri, masalah dengan teorinya adalah apabila inflasi bermula, ia akan berterusan tanpa had. Para saintis tidak melihat petunjuk mekanisme berbeza untuk "mematikan" proses ini.
Juga, jika ruang terus berkembang pada kadar seperti itu, maka idea yang sebelumnya dinyatakan oleh Sidney Coleman tidak akan berhasil. Coleman meramalkan bahawa gelembung kecil terbentuk semasa peralihan fasa di alam semesta awal, yang bergabung antara satu sama lain. Dengan adanya inflasi, gelembung-gelembung akan menjauh antara satu sama lain terlalu cepat, tanpa sempat bersatu.
Ahli fizik Soviet Andrei Linde menarik perhatian terhadap masalah ini. Dia mempelajarinya dan mendapati bahawa ada tafsiran lain yang memberikan penyelesaian untuk masalah ini. Pada masa yang sama - masih tahun 1980-an - di seberang Tirai Besi, Andreas Albrecht dan Paul Steinhardt membuat keputusan serupa.
Intinya adalah bahawa dalam model Guth yang asli, lebih dari satu kawasan inflasi dibiarkan muncul, yang pada gilirannya dapat bertembung. Dalam kes ini, ruang kacau diperoleh, di mana sinaran dan bahan mempunyai ketumpatan yang tidak homogen. Ini sama sekali tidak sesuai dengan apa yang diperhatikan dalam kenyataan. Linde, Albrecht dan Steinhardt mengubah persamaan medan skalar - dan semuanya masuk akal. Menurut penyelesaian ini, alam semesta kita yang dapat dilihat berasal dari gelembung vakum tunggal yang terpisah dari kawasan inflasi yang lain. Ini tidak dapat dibayangkan - oleh semua standard - jarak yang sangat besar.
Teori inflasi yang berbeza
Teori inflasi mempunyai beberapa nama. Sebagai contoh, inflasi kosmologi, inflasi kosmik, inflasi, inflasi lama (seperti versi asal teori Alan Guth disebut), teori inflasi baru (model yang dikembangkan oleh Linde, Albrecht dan Steinhardt).
Terdapat juga dua varian teori yang dekat: teori inflasi kacau dan inflasi abadi. Dalam teori-teori ini, mekanisme inflasi tidak hanya terjadi sekali - tepat setelah Big Bang - tetapi berlaku berulang kali di kawasan yang berlainan. Model-model ini mengandaikan sejumlah "gelembung alam semesta" yang berkembang pesat yang merupakan sebahagian daripada Multiverse, atau Multiverse. Beberapa ahli fizik menyatakan bahawa ramalan ini terdapat dalam semua versi model inflasi Alam Semesta, dan oleh itu tidak menganggapnya sebagai teori yang berbeza.