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(shí)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(kuò)張。一個(gè)后果是宇宙比預(yù)期的要大得多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們用望遠(yuǎn)鏡觀察到的尺寸。另一個(gè)結(jié)果是，該理論預(yù)測(cè)了一些特征，例如能量的均勻分布和空間時(shí)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(rèn)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(shí)。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(gè)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(cè)過量產(chǎn)生

大爆炸模型似乎預(yù)測(cè)了一個(gè)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(gè)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(huì)迫使它迅速膨脹。

對(duì)于那些對(duì)更詳細(xì)感興趣的人來說，基本上宇宙將是在一個(gè)"假真空"Higgs機(jī)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(gè)過冷過程，尋找一個(gè)穩(wěn)定的低能狀態(tài)（a&##34;真正的真空"其中Higgs機(jī)制開啟），正是這個(gè)過冷過程推動(dòng)了快速擴(kuò)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(shí)就有曲率，那么大的擴(kuò)張會(huì)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?yàn)楫?dāng)它開始時(shí)，我們是宇宙的一小部分，宇宙的一部分?jǐn)U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(yuǎn)，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(yuǎn)持續(xù)下去。似乎沒有明確的關(guān)閉機(jī)制。

此外，如果空間以這種速度不斷擴(kuò)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(cè)，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(yuǎn)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(duì)這個(gè)問題著迷，并意識(shí)到還有另一種解釋可以解決這個(gè)問題，而在鐵幕的這一側(cè)（這是20世紀(jì)80年代，記?。┌驳铝襾喫埂ぐ柌祭紫Ｌ兀ˋndreas 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(gè)20世紀(jì)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(gè)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(dòng)通貨膨脹（氣泡問題固定版本的名稱）

該理論還有兩個(gè)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(xì)微的區(qū)別。在這些理論中，通貨膨脹機(jī)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(gè)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(cè)存在于通貨膨脹理論的all版本中，所以不要認(rèn)為它們是不同的理論。

作為量子理論，對(duì)通貨膨脹理論有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)解釋。在這種方法中，驅(qū)動(dòng)機(jī)制是炎癥場(chǎng)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(kuò)張，但所涉及的機(jī)制似乎與通貨膨脹理論中涉及的機(jī)制有很大不同。宇宙學(xué)家感興趣的一個(gè)領(lǐng)域是通貨膨脹理論可能導(dǎo)致對(duì)暗能量的洞察的方式，反之亦然。